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Physiologie respiratoire

BUI HN

Réanimation Médicale

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Fonction pulmonaire

• Échanges gazeux.

Oxygénation du sang veineux.

Élimination du gaz carbonique (CO2).

• Régulation du métabolisme acido-basique.

• Défenses immunologiques

• Métabolisme de substances inhalées ou circulantes.

• Réservoir sanguin.

Un (tout) petit peu d’anatomie…

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La cage thoracique

1. Manubrium sternal, 2. Angle sternal, 3. Corps du sternum, 4. Appendice xiphoïde, 5. « vraies » côtes, 6. « fausses » côtes, 7. Côtes flottantes, 8. Orifice thoracique supérieur, 9. Orifice thoracique inférieur.

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Les muscles respiratoires : Inspiration

Les muscles inspiratoires principaux :

Diaphragme

Muscles intercostaux externes

Les muscles inspiratoires accessoires :Sterno-cléïdo-mastoïdien

Grand pectoral

Scalènes

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Innervation par le nerf phrénique C3 – C4 – C5

Constitué de deux coupoles, à convexitésupérieures, reliés par un centre fibreux.

Sa contraction entraîne son abaissement.

Course normale : 1cm.

Course maximale : 10 cm

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La cage thoracique

Muscles intercostaux externesIls sont inséré à l’extérieur…,

Orienté en bas et en avant.

8


9

Les muscles respiratoires : Inspiration forcée

Muscles inspiratoires accessoires

Élèvent les 2 premières côtes

Élèvent le sternum, et le fixe en inspiration.

Tirage sus sternal

Sus claviculaire

Favorise le soulèvement des 6 premiers arcs costaux

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Les muscles respiratoires : Expiration forcée

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Les muscles respiratoires : Expiration normale

Phénomène passif lié :

Au relâchement du diaphragme qui reprend sa place normale

Au relâchement des muscles intercostaux externes

Aux forces élastiques de rétraction pulmonaire

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La plèvre

Membrane séreuse à deux feuillets enveloppant chacun des 2 poumons.

Les plèvres droites et gauches sont indépendantes l’une de l’autre.

Chaque plèvre est composé de deux feuillets :

Feuillet pariétal : tapisse la face profonde de la cage thoracique

Feuillet viscéral : au contact du poumon, s’insinue dans les scissures inter lobaires.

Entre les deux : l’espace pleural, virtuel sauf situation pathologique (air, liquide, sang…)

Le feuillet pariétal et viscéral se continue l’un avec l’autre sans interruption au niveau du hile pulmonaire.

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La plèvre

Tapissé par des cellules mésothéliales

Sécrétion de liquide pleural : rôle de lubrifiant

En permanence : 5-10 ml (10-20g/l de protéines, glucose, LDH)

Rôle majeur : Transmettre les mouvements de la cage thoracique au poumon.

Du fait des forces élastiques du poumon et de la cage thoracique il y règne en permanence une dépression de –2 à –5 cmH2O en fin d’expiration, avant inspiration.

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La plèvre

Du fait de la pression négative intra pleurale, la cavité pleurale est quasiment virtuelle en situation normale : elle contient entre 5 et 10 ml de liquide pleural…

En cas de lésion d’un des feuillets pleuraux, il existe une perte de cette pressionnégative intra pleurale, et on assiste à un collapsus du poumon. La plèvre viscérale se « décolle » de la plèvre pariétale ; c’est un pneumothorax.

Le poumon collabé ne peut évidemment plus servir aux échanges gazeux.

Pour rétablir la situation, on met en place un drain thoracique qui va aspirer l’air contenu dans la cavité pleurale pour permettre un « recollement » de la plèvre viscérale à la plèvre pariétale. Ce drain est maintenu le temps de la cicatrisation pleurale.

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Voies aériennes : Les voies aériennes supérieures

Filtrer, réchauffer, humidifier l’air

• Les fosses nasales, la cavité buccale

• Le pharynx (anneau de Waldeyer : rôle immunologique)

• Le larynx : 5 cartilagesCricoïde

Thyroïde

Épiglotte

Aryténoïdes (x2)

Les fosses nasales

Elles ont un rôle de• Conduction du flux aérien.• Filtration des petites particules.• Réchauffement du gaz inhalé.

Les cornets sont des excroissances osseuses développées à partir du sphénoïde et de l’ethmoïde, qui sont recouvertes de muqueuse, permettant de conduire, filtrer et réchauffer le flux aérien vers les voies respiratoires basses (et vers le bulbe olfactif). Ils délimitent des voies de passages, méats inférieurs, moyens et supérieurs.

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Trompe d’eustache

Nasopharynx

Oropharynx

Hypopharynx

Le Pharynx

Carrefour aéro-digestifFonction déglutition, respiration, phonation.

Le Larynx

Fonction : • Respiratoire : dirige le flux aérien vers la trachée.• Déglutition : bascule de l’épiglotte en arrière = protection des voies aériennes. • Phonation : support des cordes vocales, qui permettent de moduler le flux d’air.

Le Larynx est constitué par un squelette comportant un os et quatre cartilages : l’os hyoïde, le cartilage thyroïde, le cartilage cricoïde, et les deux cartilages aryténoïdes. Il permet de diriger le flux aérien vers la trachée, et protège les voies aériennes lors de la déglutition.

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La glotte

Définition : Segment du larynx, situé au dessus de la trachée comprenant les cordes vocales.

Ant.

Post.

La glotte correspond à l’étage du larynx comprenant les cordes vocales. C’est l’organe de la phonation.

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La glotte

21

La glotte

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Manœuvre de Sellick

Pression sur le cricoïde

Lors d’une intubation à risque élevé d’inhalation, on procède à une manœuvre visant à occlure les voies digestives. Pour cela on exerce une pression du cricoïde qui va comprimer l’œsophage situé en arrière de la trachée, limitant le risque d’inhalation.

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Voies aériennes : Les voies aériennes supérieures

Axe de la trachée

Axe du pharynx

A plat Tête surrélevée Tête en extension

Alignement des axes

Les axes de conductions des voies aériennes supérieures et des voies aériennes inférieures (trachée) divergent.

Afin de faciliter l’intubation de la trachée, on surélève légèrement la tête, et on la place en extension afin d’aligner au mieux les deux axes.

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Voies aériennes : Segmentation bronchique

Le poumon droit

La trachée, au niveau de la carène se divise en bronche souche droite et gauche.

Cette bronche souche droite va se diviser en 3 bronches lobaire ; lobaire supérieure, moyenne, et inférieure, donnant 3 lobes correspondants.

Ces bronches lobaires vont de nouveau se diviser en bronche segmentaire permettant de limiter 10 segmentaires délimitant 10 segments :

3 au niveau du lobe supérieur, 2 au niveau du lobe moyen et 5 au niveau du lobe inférieur.

Les bronches segmentaires vont continuer leur division en sous-segmentaire, puis en sous-sous-segmentaire…

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Voies aériennes : Segmentation bronchique

Le poumon gauche

A gauche, la bronche souche gauche donne deux lobaires : inférieure et supérieure, ne donnant que deux lobes.

Néanmoins, il existe un équivalent de lobe moyen du côté gauche que l’on appelle la lingula qui prend naissance à partir de la bronche lobaire supérieure. La bronche qui donne naissance à se segment est la bronche lingulaire.

La bronche supérieure va donc donner naissance à 2 « lobes/segment » le culmen et la lingula.

La segmentation pulmonaire est ensuite équivalente à celle du poumon droit, en 10 segments.

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Voies aériennes : Les voies aériennes inférieures

Voies de conductionsTrachée

Bronches souches, lobaires, segmentaires

Bronchioles terminales

Espace mort physiologique

= 150 ml

Zones respiratoiresBronchioles respiratoires

Canaux alvéolaires

Sacs alvéolaires

Lobule primaire ou acinus

Au total = 2,5 –3 litres

0

1-3

4-16

17-19

20-22

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Générations

Les voies aériennes vont au fur et à mesure se diviser jusqu’à donner des sacs alvéolaires.

On distingue les voies de conduction, (qui n’ont que la fonction d’amener les gaz au niveau des zones respiratoires), des voies respiratoires.

Ces zones qui ne participent pas aux échanges gazeux constitue ce que l’on appelle l’espace mort physiologique.

Le lobule primaire ou acinus est la plus petite unité anatomique du poumon.


Sac alvéolaire

Capillaires sanguins

Canal alvéolaire

Fibres musculaires lissesBourrelets

Alvéoles

Bronchiole respiratoire

Bronchiole Terminale

Lobule primaire = acinus

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50 à 100 m² !!

Demi terrain de tennis…

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Au fur et à mesure de l’avancée vers les voies respiratoires, l’épithélium va se modifier.

Au niveau des bronches, on a essentiellement des cellules ciliées, et des glandes muqueuses. La paroi bronchique possède cartilage et muscle lisse.

Dans les bronchioles, les glandes muqueuses disparaissent, il ne reste que des cellules ciliées, des cellules caliciforme qui sécrète le mucus, et le muscle lisse bronchique s’amincit.

Au niveau des voies respiratoires, et notamment dans les sacs alvéolaires, il n’y a plus de cellules ciliées ou caliciforme, seule deux types de cellules existent, les pneumocytes de type I qui constituent une partie de la barrière alvéolo-capillaire, et les pneumocytes de type II qui sécrètent le surfactant.

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Voies aériennes : La barrière alvéolo-capillaire

Barrière alvéolo-capillaire• 0,3 à 1,5 µm d’épaisseur

• Pneumocyte I et II

• Interstitium

• C endothéliale

Stabilité de l’alvéole• 300 M d’alvéoles de 0,3 mm de ∅

• Surfactant…

Au niveau des alvéoles pulmonaire, la barrière alvéolo capillaire est constitué en partant de l’extérieur, vers l’intérieur :

- d’une couche de surfactant

- de la membrane cellulaire du Pneumocyte de type I

- de l’interstitium

- de la membrane cellulaire de la cellule endothéliale.

Le poumon comporte un nombre très important d’alvéoles. Du fait de leur nombre, de leur contigüité, du poids du poumon sur ces alvéoles, elles ont une tendance naturelle au collapsus. Pour maintenir ces alvéoles ouvertes, il existe une substance qu’est le surfactant synthétisé par les pneumocytes de type II.

Voies aériennes : La barrière alvéolo-capillaireMacrophage

alvéolaire dans la lumière

Fibres de collagène

Fibres elastiques Capillaire

Pneumocytede type I

Membrane basale de

l’endothélium

Macrophage alvéolaire

traversant la paroi

Paroi inter alvéolaire

Pneumocyte de type II

Pore interalvéolaire

Le nombre très important d’alvéole et le contact étroit entre les alvéoles et les capillaires alvéolaires permettent d’obtenir une surface totale d’échange très importante, pour un volume total de poumon limité.

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Un peu de physiologie respiratoire, La ventilation.

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- 6

0cmH20

- 6 cmH20

Au cours d’une inspiration normale

Au cours d’une inspiration normale, un signal est envoyé au diaphragme, et celui-ci va se contracter. En se contractant, il descend dans la cavité abdominale, agrandissant le volume de la cage thoracique.

Ceci crée une dépression intra-pleurale qui va se transmettre par l’intermédiaire de la plèvre viscérale au poumon, et créer à l’intérieur des voies aériennes une pression négative par rapport à la pression barométrique.

Cette différentielle de pression entre la pression barométrique et la pression àl’intérieure des voies aérienne, va entraîner un flux d’air dans le poumon.

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0 cmH20

+ 8

Au cours d’une expiration normale

L’expiration est un phénomène passif.

L’arrêt de la contraction diaphragmatique entraîne son retour à sa position de base, diminuant le volume de la cage thoracique.

De plus les forces élastiques de rétraction du parenchyme pulmonaire, combinéau mouvement du diaphragme va entraîner une pression positive dans les voies aériennes, créant une différentielle de pression avec la pression barométrique.

Cette différence de pression va entraîner un flux sortant.

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Ventilation : Les volumes pulmonaires

VRI

VRE

Insp

irat

ion

La spirométrie est l’étude des volumes pulmonaires.

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Ventilation : Les volumes pulmonaires

Vt : tidal volume – volume courant : V inspiré ou expiré à chaque cycle respiratoire normal. (500 ml)

VRI : Volume de réserve inspiratoire : V inspiratoire maximal à partir du Vt. (1500-2000 ml)

VRE : Volume de réserve expiratoire : V expiratoire maximal à partir du Vt. (1000-1500 ml)

CRF : Capacité Résiduelle fonctionnelle : V restant dans les poumons après une expiration normale. (= VRE + VR)

VR : Volume Résiduel : V restant dans les poumons après une expiration forcée (volume non mobilisable). (1000 ml)

CV : Capacité Vitale : V total mobilisable. (4000 ml)

CPT : Capacité Pulmonaire Totale. V total des poumons. (5000 – 6000 ml)

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Ventilation : comment l’air arrive aux alvéoles

Lors d’une inspiration, l’air est aspiré puis s’écoule jusqu’au bronchioles terminales.

Au cours de la progression dans l’arbre, la vitesse d’écoulement de l’air diminue.

La surface totale de section des voies aériennes augmente en raison du très grand nombre de divisions.

Au delà des bronchioles terminales, le « déplacement » des gaz se fait par diffusion.

1-2 mm

O2

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Ventilation : comment l’air arrive aux alvéoles

Espace mort : Espace ventilé ne participant pas aux échanges gazeux.

Espace mort anatomique = 150 ml

Trachée, Bronches souches, Segmentaires… Bronchioles terminales

On distingue donc Volume courant (T), espace mort(D), volume alvéolaire(A)

VT = VD + VA

Si Fr = fréquence respiratoire :

VT x Fr = VD x Fr + VA x Fr

VE = VD + VA

VA = VE - VD

VE : Volume expiré par minute.

VT : Tidal Volume ou volume courant.

VD : Volume de l’espace mort (dead).

VA : Volume alvéolaire.

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Ventilation : Stabilité alvéolaire

Tension superficielle

Force qui s’applique sur une ligne imaginaire liée aux molécules (qui s’attirent entre elles) composant le liquide :

300 Millions d’alvéoles de 0,3 mm de diamètre

Ces alvéoles sont tapissé d’un liquide.

Elles sont soumises à une force de rétraction :

La tension superficielle est une force généré par le liquide qui tend à faire que le liquide occupe une surface minimale.

A la manière d’une goutte d’eau sur une table, la tension superficielle développée par la goutte d’eau fait qu’elle reste sous forme de goutte et ne s’étale pas.

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Sans surfactant

Avec surfactantSynthétisé par les pneumocytes de type II, à partir d’acides gras.

Dipalmitoyl-phosphatidyl-choline (DPPC).

Synthèse et renouvellement rapide

Sans surfactant, la tension de surface liée au liquide présent sur les parois de l’alvéole fait que celle-ci à tendance à se collaber ; elle occupe la surface ou le volume minimal.

En présence de surfactant, la tension de surface diminue, et l’alvéole est moins soumise à une force qui tend à la collaber ; elle conserve un volume supérieur àcelui qu’elle aurait sans surfactant.

On dit que le surfactant assure la stabilité alvéolaire ; sans lui, l’alvéole se collaberait.

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Le surfactant permet de :Diminuer la tension de surface

Stabiliser les alvéoles

Maintien l’ouverture alvéolaire (empêche les atélectasies)

Augmente la compliance pulmonaire

Diminue le travail nécessaire à l’expansion à chaque inspiration

Pour une inspiration normale de 500 ml : pression de distension < 3 cmH2O.

Ballon d’enfant : pour un volume de 500 ml : pression ≈ 300 cmH2O.

Du fait de la diminution de la tension de surface, il faut une faible variation de pression pour générer un volume. On dit que la compliance alvéolaire et donc pulmonaire est élevée.

Un peu de physiologie respiratoire, Epuration des particules inhalées.

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Épuration des particules inhalées

• Filtration dans les voies aériennes supérieures

Nez : filtration des grosses particules

• Voies de conduction : déposition sur les voies aériennes des petites particules. (bronchioles terminales)

Mucus sécrété par les glandes muqueuses et les cellules caliciformes de l’épithélium bronchique.

Rôle des cellules ciliées important ++

• Au niveau alvéolaire : Phagocytose par les macrophages alvéolaires et éliminés par voie lymphatique ou sanguine

Il existe plusieurs niveaux de filtration et d’épuration des particules inhalées.

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Trachée Bronche

Bronchiole terminale


Cal : Cellules caliciforme : sécrète du mucus.

Cil : Cil des Cellules ciliées.

b : Cellules basales.

MT : Muscle lisse trachéal.

TC : chorion

Cel : Cellules cylindriques ciliées

M : muscle lisse bronchique

V : veine bronchique

Adv : adventice

LP : lamina propria

Cil en vue de profil

Cil en vue supérieure

pm

p : Liquide périciliaire / Phase solm : Mucus / Phase gel

Clairance mucociliaire

Houtmeyers Eur Respir J 1999

Battement métachrone

Liquide périciliaire important, seul la pointe touche le mucus…, épaisseur critique.Fréquence de battement variables en fonction des espècesIn vitro / in vivo différentFonction hydrométrie, température, durée, effort, présence de mucus

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46

GR dans un capillaire

Macrophage alvéolaire

Pneumocyte type I

Pneumocyte type II


Vascularisation pulmonaire

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Perfusion pulmonaire

Deux systèmes de perfusion artérielsBronchique (systémique, accessoire) : irrigation des voies de conduction.

Pulmonaire (ventricule droit, sang non oxygéné).

VD

VP

VAo

Ao : aorte, AP : artère pulmonaire VPG : veines pulmonaires gauche, OG : oreillette gauche, VM : valve mitrale, VAo : valve aortique, VG : ventricule gauche, VCI : veine cave inférieure, VD : ventricule droit, VT : valve tricuspide, OD : oreillette droite, VP : Valve pulmonaire, VPD : veine pulmonaire droite, VCS : veine cave supérieure.

Le réseau artériel bronchique est dit systémique ; il nait de l’aorte, et contient donc du sang oxygéné, à la différence du réseau artériel pulmonaire.

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Perfusion pulmonaire : Artère pulmonaire

Hémodynamique : Circulation à basse pression

Pression Artérielle Pulmonaire Systolique : 25 mmHg

PAPD : 10 mmHg PAPM : 15 mmHg

Néanmoins le réseau artériel pulmonaire reçoit la totalité du débit cardiaque soit 6l/mn (= faible résistance du réseau.)

Faible résistance :

A la différence du réseau systémique, le réseau artériel pulmonaire est relâché, et peu se contracter sous l’effet de différents stimuli.

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Perfusion pulmonaire : réseau capillaire

Dans les capillaires pulmonaires : 10 mmHg (pression de remplissage du VG)

En cas d’augmentation du débit cardiaque : recrutement de capillaires pulm.

En cas d’augmentation de pression (VG) : capacité de distensibilité des veines pulmonaires

Recrutement

Distention

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Alvéole

Perfusion pulmonaire : Les capillaires pulmonaires

Parcours effectué en ¾de secondes…

Les capillaires pulmonaires sont issus des divisions successives des artères pulmonaires qui suivent les divisions bronchiques.

Le réseau capillaire est un réseau dense qui recouvrent les parois alvéolaires afin de maximiser les surfaces d’échange.

Au niveau de l’alvéole, les capillaires sanguins sont très fins et ne peuvent laisser passer qu’une hématie à la fois. Cela permet de réduire la distance à parcourir pour l’oxygène entre l’alvéole et l’hémoglobine contenue dans le globule rouge.

Le temps de transit dans le capillaire alvéolaire de chaque globule rouge est de 0,75 secondes. C’est un temps de passage court mais suffisant pour permettre de saturer l’hémoglobine en oxygène.

Le Gaz Alvéolaire

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Composition de l’air atmosphérique et alvéolaire

Pression partielle d’un gaz : Produit de sa concentration fractionnelle par la pression total du mélange.

Par ex. dans l’atmosphère : Patm = 760 mmHg

L’air contient 20, 93% d’O2, la pression partielle de l’O2 est donc de

760 x (20,93/100) = 159 mmHg.

La pression d’un gaz est égal à la somme des pressions partielles des gaz qui le composent.

Si un gaz est composé de O2, N2, et de CO2

Pgaz = P02 + PN2 + PCO2

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Composition de l’air atmosphérique et alvéolaireAir atmosphérique sec

21% d’O2, 79% de N2

PatmO2 = 0,21 x 760 = 160 mmHg, PatmN2 = 600 mmHg

Air inspiré trachéal réchauffé et saturé en vapeur d’eau

PtrachO2 = 0,21x(760-47) = 150 mmHg

PtrachN2 = 563 mmHg

Air alvéolaire

14%d’O2, 80,4% de N2, 5,6% de CO2

PalvO2 = 100 mmHg, PalvN2 = 563 mmHg

PalvCO2 = 40 mmHg

L’air atmosphérique:sec (gaz médicaux) ne contient pas de vapeur d’eau.

L’air trachéal: En descendant dans les voies aériennes, l’air inspiré est réchauffémais également humidifié, et saturé en vapeur d’eau. Donc le gaz inspiré contient une certaine pression de vapeur d’eau saturante qui est égale à 47 mmHg. Donc il ne « reste » plus que 713 mmHg (760 mmHg – 47 mmHg) pour l’O2 et le N2,

puisque la pression d’un gaz (l’air à 760 mmHg) est égale à la somme des pressions partielles des gaz qui le composent (vapeur d’eau, oxygène et azote).

L’air alvéolaire : Il contient en plus des précédents gaz (eau, oxygène, azote) du CO2, en provenance des capillaires pulmonaires.

La Diffusion

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Diffusion : comment les gaz traversent la membrane alvéolo-capillaire

Phénomène passif de transfert

entre deux zones de pressions différentes.

La diffusion est un phénomène d’écoulement passif entre deux zones de pressions différentes : de la zone de haute pression d’un gaz, vers la zone de plus basse pression d’un même gaz.

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Diffusion

Loi de FICK (diffusion à travers une membrane)

Le débit de transfert d’un gaz est proportionnelÀ la surface d’échange

À la différence de pression de part et d’autre de la membrane

À une constante de diffusion qui est proportionnelle

A la solubilité du gaz

Inversement proportionnelle à la racine carré de son poids moléculaire

Il est inversement proportionnelÀ l’épaisseur de la membrane

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Diffusion

Loi de FICK (diffusion à travers une membrane)

V ∝ S . D . (P1 – P2)E

D ∝ Solubilité

PM

Le CO2 qui a une solubilité beaucoup plus grande que l’O2, et un poids moléculaire très proche, diffuse 20 fois plus vite à travers les tissus…

V : débit ; S : surface d’échange, E : épaisseur de la membrane d’échange, D : coefficient de diffusion de la molécule, P1 – P2 : différence de pression partielle de la molécule de part et d’autre de la membrane, PM : poids moléculaire de la molécule.

Diffusion

Cellule endothéliale

Pneumocyte de type IMembraneAlvéolo-capillaire

SangAir

ErythrocyteO2

Hémoglobine

1

2

3

L’oxygénation de l’hémoglobine sous entend trois étapes :

1.Le transfert de l’oxygène de l’alvéole vers le sang capillaire.

2.Le transfert de l’oxygène du sang dans le globule rouge (très négligeable, et souvent compris avec l’étape 1)

3.La réaction de l’oxygène avec l’hémoglobine.

Pour les 6 prochaines diapositives, nous nous intéresserons uniquement à la première étape, qui est réellement la diffusion à travers la membrane alvéolo-capillaire.

59

60

Diffusion : l’oxygène

0,25 0,50 0,75 Temps passé dans le capillaire

Pression partielle

alvéolaire

Début du capillaire

Fin du capillaire

O2 normal100

50

O2 anormal

O2 très anormal

En bleu : La pression partielle en oxygène dans le globule rouge en fonction de son transit dans le capillaire : à T 0 sec, le GR rentre dans le capillaire, à T 0,75 sec, le GR sort du capillaire. On constate qu’en temps normal, l’équilibration des pressions alvéolaires et intra-érythrocytaire en oxygène s’effectue de manière très rapide en 0,25 sec soit 1/3 du temps de son transit.

En cas de trouble de la diffusion, le temps pour équilibrer les pressions partielles alvéolaires et les pressions partielles intra-érythrocytaire en O2 est plus long (courbe orange), voire trop long par rapport au temps de transit du GR dans le capillaire (courbe rouge).

61

Diffusion - Augmentation de la vitesse de perfusion


Pression partielle

alvéolaire


O2 normal

Fin du capillaire

Fin du capillaire

Exercice

O2 anormal

O2 très anormal

Dans certaines conditions, le temps de transit du GR dans le capillaire peut être raccourci ; par exemple à l’effort, le débit cardiaque est augmenté, et le temps de transit dans le capillaire diminue.

En bleu : en l’absence de trouble de la diffusion, du fait de l’équilibration rapide des pressions partielles alvéolaires et intra-érythrocytaire en oxygène, cette diminution du temps de transit n’a pas de conséquence.

A l’inverse en fonction de l’atteinte de la diffusion (courbe orange et rouge), cette diminution du temps de transit peut perturber plus ou moins l’oxygénation du globule rouge.

62

alvéolaire


Pression partielle


Diffusion – Diminution de la pression alvéolaire

Fin du capillaire

100

50 O2 normalO2 anormal

O2 très anormal

O2 normal

Du fait de la loi de Fick, une diminution du gradient de pression de part et d’autre de la membrane, entraîne un ralentissement de la diffusion de l’oxygène.

On constate pour les deux courbes bleues, que lorsque le gradient diminue de 100 à 50mmHg, le temps nécessaire pour équilibrer les pressions partielles en oxygène est deux fois plus long.

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Pression partielle


Fin du capillaire

O2 normal

Diffusion – limitation par la diffusion

CO normal

La quantité de CO prélevé par le sang est limité par les propriétés de diffusion

Considérons un autre gaz que l’oxygène pour étudier la diffusion : le CO

Le CO ou monoxyde de carbone est un gaz qui traverse rapidement la barrière alvéolo-capillaire et pénètre rapidement dans le globule rouge. Dans le globule rouge, il se lie de manière étroite avec l’hémoglobine, et une quantité importante de CO peut être captée par le globule rouge sans augmentation notable de la pression partielle de CO dans le sang du capillaire. La différence de pression en CO de part et d’autre de la membrane alvéolo-capillaire demeure donc toujours quasiment constante, et il n’y a pas de ralentissement de la diffusion du CO. Il est clair par conséquent, que la quantité de monoxyde de carbone qui arrive dans le sang est limité par les propriétés de diffusion de la barrière alvéolo-capillaire et non par la quantité de sang disponible.

On considère donc le transfert du monoxyde de carbone comme limité par la diffusion.

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Pression partielle


Fin du capillaire

Diffusion – limitation par la perfusion

O2 normalN2O normal

La quantité de N2O prélevé par le sang est limité par la perfusion

Considérons un autre gaz, le protoxyde d’azote. Lorsque ce gaz traverse la membrane alvéolo-capillaire et se retrouve dans le sang, aucune combinaison àl’hémoglobine n’a lieu.

Il en résulte que le sang n’a pas la même avidité pour le protoxyde d’azote que pour le monoxyde de carbone. Le protoxyde d’azote va donc rapidement « s’accumuler » et diminuer rapidement la différence de pression qu’il existe de part et d’autre de la membrane alvéolo-capillaire. La diffusion va donc se ralentir.

Le seul moyen d’accélérer le transfert de protoxyde d’azote à travers la membrane alvéolo-capillaire est d’accélérer le débit sanguin capillaire afin « d’eliminer » le protoxyde d’azote qui s’y trouve et de maintenir une différence de pression en protoxyde d’azote entre l’alvéole et le sang capillaire pour favoriser son transfert.

On considère le transfert du protoxyde d’azote comme limité par la perfusion.

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Pression partielle


Fin du capillaire

Alvéolaire 40

45

Diffusion – le CO2

Anormal

Normal

Pour le CO2 : L’élimination du CO2 se fait en sens inverse : du sang vers l’alvéole pulmonaire.

La concentration en CO2 dans le sang diminue à la fin du capillaire par rapport àson entrée.

Il existe un faible différence de pression partielle de CO2 entre le sang capillaire, et le gaz alvéolaire. On pourrait donc s’attendre àce que la diffusion du CO2 àtravers la membrane alvéolo-capillaire pulmonaire soit lente.

Cependant, du fait de la solubilité du CO2 très importante dans les tissus par rapport à l’oxygène, le CO2 diffuse rapidement à travers la membrane alvéolo-capillaire.

Sur la courbe anormale, la capacité de diffusion est réduite au quart de sa valeur normale et seule une petite différence entre le sang à la sortie du capillaire et le gaz alvéolaire peut être observé : il existe une bonne marge de réserve pour la diffusion du CO2

66

Application : mesure de la diffusion

La quantité de CO qui arrive dans le sang n’est pas limité par la perfusion.

Elle est potentiellement limité par la diffusion.

Loi de FICK V ∝ S . D . (P1 – P2)

EV ∝ DL (P1 – P2) soit pour le CO : VCO ∝ DLCO (Palv – Pcapill)

DLCO ∝ VCO

(Palv – Pcapill)

Pcapill quasi nul

On mesure la disparition de la concentration de CO pour estimer VCO.

On considère que PalvCO est constante.

DL : C’est la capacité de diffusion. DLCO : c’est la capacité de diffusion du CO, elle intègre la surface, l’épaisseur de la membrane d’échange (l’ensemble des membranes alvéolo-capillaires…) et le coefficient de diffusion du CO = constante chez l’homme. Elle mesure donc la performance de l’échangeur.

Pcapill = pression partielle en CO dans le capillaire est quasi nulle car nous l’avons vu le CO est très rapidement et en grande quantité capté par le globule rouge (grande affinité de l’hémoglobine pour le CO).

Donc Palv – Pcapill ≈ Palv. On considère que PalvCO est constante et est une donnée mesurée (on inhale une certaine pression partielle en CO)

Pour VCO ou transfert en CO à travers la membrane alvéolo-capillaire, on regarde la quantité de CO qui a disparu entre une inspiration contenant une certaine pression partielle en CO et une expiration contenant une autre pression partielle en CO que l’on mesure.

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