echanges gazeux
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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
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