echanges gazeux

alvéole

VO2

VO2

Echanges gazeuxEchanges gazeux

VentilationVentilation alvéolaire

VentilationVentilation alvéolaire

Diffusionalvéolo-capillaire

Diffusionalvéolo-capillaire

Transport des gaz par le sang

Transport des gaz par le sang

Consommationd ’oxygène

Consommationd ’oxygène

sang capillaire pulmonaire = 70 ml

débit sanguin pulmonaire= 5 l/min

ventilation alvéolaire= 5 l/min

volume courantfréquenceventilation totale

espace mort

= 500 ml= 15 /min= 7,5 l/min

= 150 ml

volume alvéolaire = 3 l

pression partielle=

agitation moléculaireconcentration

=nombre de molécules

Pression partielle ConcentrationPression partielle Concentration

VentilationVentilation alvéolaire

Diffusion alvéolo-capillaire

Transport des gaz par le sang

Consommation d'oxygène

ah 01/00

alvéole

VO2

VO2

PIO2

PAO2

PaO2

ah 01/00

PvO2

Gaz inhalé

Gaz alvéolaire

Sang artériel

Sang veineux - tissus

mmHg

PIO2

PAO2

PaO2

ah 01/00

PvO2

Gaz inhalé

Gaz alvéolaire

Sang artériel

Sang veineux - tissus

mmHg

• Si le mélange gazeux n’est pas sec, il faut tenir compte de la vapeur d’eau qui se comporte comme

un gaz supplémentaire

• Ptot = PO2 + PCO2 + PN2 + PH2O = 760 mmHg

• à 37°C : PH2O = 47 mmHg

Vapeur d'eauVapeur d'eau

Pression partielle inspirée en O2Pression partielle inspirée en O2

PIO2 = (PB-47) . FIO2

• FIO2

– ne change pas avec l'altitude

– change si administration thérapeutique d'oxygène (0,21 < FIO2 < 1)

• Pression barométrique

– diminue en altitude ( /2 à 5000m)

– augmente en caisson hyperbare

Gaz inhalé PIO2 = (Ptot - 47) . FIO2Gaz inhalé PIO2 = (Ptot - 47) . FIO2

300

350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

altitude (m)

pres

sion

atm

osph

ériq

ue (

mm

Hg)

PIO2

150 PAO2

PaO2

ah 01/00

PvO2

Gaz inhalé

Sang artériel

Sang veineux - tissus

Gaz alvéolaire

mmHg

Ventilation

Ventilation alvéolaire

ah 01/00

gaz inspiréVT

FIO2

gaz expiréVT

FEO2

alvéole

VA

FIO2

VA

FAO2

alvéole

VO2

VO2

gaz ayant pénétrédans l'alvéole

450 ml

gaz resté dans l'espace mort

150 mlvolumeà inspirer 450 ml

gaz resté dans l'espace mort 150 ml

gaz resté dansl'espace mort

150 ml volumeà expirer 450 ml

volume étant sortide l'alvéole 450 ml

gaz resté dansl'espace mort

150 ml

1 2

3 4

5 6

gaz resté dansl'espace mort

150 ml

gaz resté dans l'espace mort

150 ml

Le volume “mort”Le volume “mort”

Ventilation

Ventilation alvéolaire

VO2

= VT . FIO2 - VT . FEO2

VO2

= VA . FIO2 - VA . FAO2

gaz inspiréVT

FIO2

gaz expiréVT

FEO2

alvéole

VA

FIO2

VA

FAO2

alvéole

VO2

VO2

Ventilation

Ventilation alvéolaire

VCO2

= VT . FECO2

VCO2

= VA . FACO2

gaz inspiréVT

---

gaz expiréVT

FECO2

alvéole

VA

---VA

FACO2

alvéole

VCO2

VCO2

VO2

alvéole

VO2

Ventilation alvéolaireVA

FIO2

VA

FAO2

VO2 = VA . FIO2 - VA . FAO2

hypoventilation alvéolaire

baisse de FAO2

baisse de PAO2

VO2 = VA . ( FIO2 - FAO2)

713

40

100

PIO2 PAO2 + ( PACO2 / 0,8)PIO2 = 713 * FIO2

PACO2 = PaCO2

150 100 + ( 40 / 0,8)

Pression alvéolaire en O2 (PAO2)Pression alvéolaire en O2 (PAO2)

Pression alvéolaire en O2 (PAO2)Pression alvéolaire en O2 (PAO2)

PIO2 PAO2 + ( PACO2 / 0,8)

Quotient respiratoire : QR

QR : rapport VCO2 / VO2

Dépend du type d’aliment métaboliséQR normal : 0.82Glucides, QR = 1Lipides, QR = 0.7

. .

PACO2

donc

PaCO2

hypercapnie

PAO2

donc

PaO2

hypoxémie

Hypoventilation alvéolaireHypoventilation alvéolaire

PIO2

150 PAO2

100 PaO2

ah 01/00

PvO2

Gaz inhalé

Gaz alvéolaire

Sang veineux - tissus

PIO2 FIO2

PAO2 PIO2

ventil. alvéolaire

mmHg

Sang artériel

PIO2

150 PAO2

100 PaO2

ah 01/00

PvO2

Gaz inhalé

Gaz alvéolaire

Sang veineux - tissus

PIO2

PAO2

mmHg

Sang artériel

PACO2 / 0.8

PaO2A-a DO2

sang capillaire pulmonaire = 70 ml

débit sanguin pulmonaire= 5 l/min

ventilation alvéolaire= 5 l/min

volume courantfréquenceventilation totale

espace mort

= 500 ml= 15 /min= 7,5 l/min

= 150 ml

volume alvéolaire = 3 l DIFFUSION ALVEOLO-CAPILLAIRE

P1

P2

débit de diffusion = coeff · (P1 - P2)

DiffusionDiffusion

surface : A (50-100m2)

épaisseur : e (0,5 µm)P1

P2

débit de diffusion = k · · A/e · (P1 - P2)

solubilité : ( CO2 = 20

DiffusionDiffusion

artère pulmonaire capillaire veine pulmonaire

40

100

PvO2

45

40

PvCO2

mmHg

PaO2

PaCO2

gradients de diffusion

alvéolo-capillaire

artère pulm. capillaire veine pulm.

40

100

PvO2

45

40

PvCO2

mmHg

PaO2

PaCO2

exercice, sujet sain

PAO2

PACO2

artère pulm. capillaire veine pulm.

40

100

PvO2

45

40

PvCO2

mmHg

PaO2

PaCO2

exercice, sujet malade

PAO2

PACO2

"membrane"V = Dm . P

"sang"V = Ds . P

plasma

hématie

épithélium

m. basale

endothélium

1 µm

hémoglobine

Ds1

Dm1

D1

V = D . P

O2

O2

"membrane"V = Dm . P

"sang"V = ( . Vc) . P

plasma

hématie

épithélium

m. basale

endothélium

1 µm

hémoglobine

Vc

1

Dm

1

D

1

V = D . P

: cinétiqueVc : volume capillaire

O2

O2

Transport sanguin de l’oxygèneTransport sanguin de l’oxygène

P O2

O2 fixé sur l ’hémoglobine

Conc O2

O2 dissous

• C O2 = * P O2

• coefficient de solubilité eauC)

0,003 ml / 100 ml / mm Hg

• sang artériel normal (P O2 = 100 mm Hg)

Cdissous O2 = 0,3 ml / 100 ml

O2 dissousO2 dissous

L'oxygène dissous peut participer au transport de l'O2L'oxygène dissous peut participer au transport de l'O2

• si PaO2 = 600 mm Hg

– O2 dissous = 0.003 *600 = 1.8 ml/100 ml

• PvO2 = 70 mm Hg

– O2 dissous = 0.2 ml/100 ml

• différence artério-veineuse en O2 dissous

– 1.6 ml/100ml soit 30% de la DAV

• pouvoir oxyphorique

1,34 ml O2 / g Hb

• concentration

normale = 15 g / 100 ml sang

• capacité totale

1,34 * [Hb]

1,34 * 15 = 20 ml / 100 ml

HémoglobineHémoglobine

• Tétramère• 2 paires de sous unités

et 150 a.a.)- 8 segments hélicoïdaux (A-H)- cavité hydrophobe avec hème

Fe++ 6 liaisons• 4 structurales• 1 globine• 1 O2

Courbe de dissociation de l'oxyhémoglobineCourbe de dissociation de l'oxyhémoglobine

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0 20 40 60 80 100 120 140

97.5

96

91

75

PO2 (mm Hg)

satu

rati

on e

n O

2 (%

)

« Timbres poste »« Timbres poste »

HémoglobineHémoglobine

Notion de molécule allostériqueNotion de molécule allostérique

Fixation de l’O2:Rupture de pontssalins

Variation d’affinitélors de la fixation

des molécules d’O2 :+ en + facile

Variation d’affinitélors de la fixation

des molécules d’O2 :+ en + facile

.

P O2 (mmHg)

concentration en Hb

0

5

10

15

20

0 20 40 60 80 100 120 140con

cen

trat

ion

O2

(ml/

100m

l)

15 g/100ml

10 g/100ml

La concentration en O2 diminue avec l'hémoglobineLa concentration en O2 diminue avec l'hémoglobine

Saturation * % concentration O2 sur Hb / capacité totaleen O2 * est indépendante de [Hb]

Saturation * % concentration O2 sur Hb / capacité totaleen O2 * est indépendante de [Hb]

.

P O2 (mmHg)

concentration en Hb

0

25

50

75

100

0 20 40 60 80 100 120 140

satu

rati

on O

2 (%

) 15 g/100ml

10 g/100ml

C O2 = S O2 * ( [Hb] * 1,34 )

+ 0,003 * P O2

ml/100 ml 0,xx g/100 ml

mmHg

Concentration en O2 ou contenuConcentration en O2 ou contenu

.

P O2 (mmHg)

sangartériel

sangveineux

0

5

10

15

20

0 20 40 60 80 100 120 140con

cen

trat

ion

O2

(ml/

100m

l)Hémoglobine : le transporteur d’O2Hémoglobine : le transporteur d’O2

.

P O2 (mmHg)

sang fonction de pH, PCO2 ...“artériel”“veineux”

0

5

10

15

20

0 20 40 60 80 100 120 140con

cen

trat

ion

O2

(ml/

100m

l)

affinité de l'hémoglobineaffinité de l'hémoglobine

.

P O2 (mmHg)

sang fonction de pH, PCO2 ...“artériel”“veineux”

0

5

10

15

20

0 20 40 60 80 100 120 140con

cen

trat

ion

O2

(ml/

100m

l)

affinité de l'hémoglobineaffinité de l'hémoglobine

La cause la plus fréquente des hypoxémiesLa cause la plus fréquente des hypoxémies

Hétérogénéité des rapports

ventilation perfusion

PIO2

PAO2

PaO2PIO2

PAO2

PaO2

FIO2

PIO2

PCO2 ventil. alvéolaire

PIO2

PAO2

hétérogéneité VA/Q

= circulation= ventilation(n=12) (n=12)

n=12

= circulation= ventilation(n=12) (n=12)

n=8

FIO2

alvéole

capillaire

CVO2

PcapO2

fonction de

VA/Q (territoire)

Dans un territoire alvéolaire

VA (territoire)

Q(territoire)

FIO2

alvéole

alvéole

alvéole

capillaire

capillaire

capillaireCVO2

sang artériel

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

20 40 60 80 100 120 140 160

PO2 (mm Hg)

PC

O2

(mm

Hg)

VA/Q=0 VA/Q=0.8 VA/Q=2

VA/Q=7

VA/Q=15

shunt bas VA/Qeffet shunt

Dans un territoire donné, les transferts d'O2 et de CO2 dépendent du VA/QDans un territoire donné, les transferts d'O2 et de CO2 dépendent du VA/Q

=1

10

VA

Q=

10

10

VA

Q=

10

1

VA

Q

Hypoxémie et hétérogénéité des rapports ventilation/perfusionHypoxémie et hétérogénéité des rapports ventilation/perfusion

sangveineuxPv O2

40 mm Hg

sangartérielPaO2

?

100 mm Hg60 mm Hg 140 mm Hg

.

P O2 (mmHg)

0

5

10

15

0 20 40 60 80 100 120 140

contenu O2 (ml/100ml)

VA/Qnormal

VA/QhautVA/Q

bas

Hémoglobine : le transporteur non linéaire d’O2

Hémoglobine : le transporteur non linéaire d’O2

sangveineux sang

artériel

15 ml / 100 ml16 19,5 20,0

17,9

=1

10

VA

Q=

10

10

VA

Q=

10

1

VA

Q

Hypoxémie et hétérogénéité des rapports ventilation/perfusionHypoxémie et hétérogénéité des rapports ventilation/perfusion

0

44

46

48

52

0 30 33 36 39 42 45

PCO2 (mmHg)

Con

cen

trat

ion

(m

l/10

0 m

l)

50

42

37

43 45

40 mmHgCO2

0

5

10

15

20

0 20 40 60 80 100 120 140

PO2 (mmHg)

Con

cen

trat

ion

(m

l/10

0 m

l) 1406040

75 mmHgO2

TQ TQ

SQ

)Q-Q( ST

SHUNT (court circuit)SHUNT (court circuit)

28

1010

VA/Q0,2

VA/Q 0,8

VA/Q0,8

VA/Q 0,8

7.5VA/Q

0

28

102.5

Hétérogénéité des VA/Q = effet shuntHétérogénéité des VA/Q = effet shunt

Hypoventilation alvéolaire

Anomalie de la diffusion

Shunt

Effet shunt / Hétérogénéité de distribution des VA/Q

• PaCO2 > 45 mmHg

• transfert du CO anormal• diminution de PaO2 à l’exercice

• épreuve d’oxygène pur

• mécanisme le plus fréquent• augmentation de PaO2 à l’exercice

Mécanismes des hypoxémiesMécanismes des hypoxémies