les Échanges gazeux l. tual réanimation polyvalente sar pr gilles dhonneur chu jean verdier...

Les Les Échanges GazeuxÉchanges Gazeux

L. TUAL

Réanimation polyvalente

SAR Pr Gilles DHONNEUR

CHU Jean Verdier

01/2007

http://www.airway-educ.org

Objectifs de l’enseignement :

Connaître les déterminants des échanges

gazeux.

Les échanges gazeux :

Problématique du Transport de l’O2 et du CO2 de

l’organisme unicellulaire à l’animal du règne

« supérieur ».

Étape 1: convection ventilatoire

Étape 2 : diffusion alvéolo-capillaire

Étape 3 : convection circulatoire

Étape 4 : diffusion capillaro-cellulaire

La convection ventilatoireLa convection ventilatoire

Espace mort

Alvéole

alvVmortVinspV

La convection ventilatoireLa convection ventilatoire

Calculs (VD = 150 ml)

10 l/min = 10 x 1 = 10 x 0,15 + 10 x 0,85 = 1,5 + 8,5

10 l/min = 20 x 0,5 = 20 x 0,15 + 20 x 0,35 = 3 + 7

ADinsp

ADrinsp

Trespiinsp

VVV

VVxFV

xVFV

)(

La convection ventilatoireLa convection ventilatoire

La mécanique ventilatoire :

i.     Inspiration: forces élastiques,

compliance, courbes pression-volume statique

ii.     Expiration: forces résistives, linéarité,

pressions et débits

Mécanique inspiratoireMécanique inspiratoirePlèvrepulmonaire

Cavitépleurale

Plèvre pariétaleDiaphragme

± 1 à 10 cm

Mécanique inspiratoireMécanique inspiratoire

L’équation des gaz parfaits:

P1V1 = P2V2 = constante

Si V2 alors P2

P0

P0

P0

P-5cmH2O

p = 0 p = -5cmH2O

La compliance thoraco-pulmonaireLa compliance thoraco-pulmonaire

La compliance = pente de la courbe pression-

volume ou la variation de volume par unité de

pression.

La compliance spécifique = compliance par

unité de volume pulmonaire.

La compliance thoraco-pulmonaireLa compliance thoraco-pulmonaireCourbe pression volume

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0Pression (cmH20)

Vol

ume

(l)

ExpirationInspiration

Une hystérésis, compliance différente du fait d’une tension superficielleliée au surfactant, variable entre l’inspi- et l’expiration

La compliance thoraco-pulmonaireLa compliance thoraco-pulmonaire

Neergard a montré que les poumons gonflés

avec une solution saline avaient une compliance

plus grande et une hystérésis moindre.

La tension superficielle représente une part

importante de la force de rétraction du poumon,

qu’il faut vaincre à l’inspiration.

La convection ventilatoireLa convection ventilatoire

La mécanique ventilatoire :

i.     Inspiration: forces élastiques,

compliance, courbes pression-volume statique

ii.     Expiration: forces résistives, linéarité,

pressions et débits

Lors de l’expiration, les forces de rétraction

pulmonaire sont supérieures à celles de

dilatation thoracique donc le volume du

système thoraco-pulmonaire diminue

Si V2 alors P2

P0

P0

P0

P5cmH2O

p = 0 p = +5cmH2O

Mécanique expiratoireMécanique expiratoire

Mécanique expiratoireMécanique expiratoire

Ce qui s’oppose au débit expiratoire c’est

les résistances bronchiques totales (Rtot.).

totR

PV

exp

Mécanique expiratoireMécanique expiratoire

Courbe débit-volume

Débit(l/s)

Volume (l)

Déterminants de l’oxygénation Déterminants de l’oxygénation artérielleartérielle

* I - P. barométrique, FiO2

PinspiréeO2 = (Pbaromet-PH2O) x FiO2

Déterminants de l’oxygénation Déterminants de l’oxygénation artérielleartérielle

* I - P. barométrique, FiO2

Quel effet de l’altitude ?

PinspiréeO2 = (Pbaromet-PH2O) x FiO2

L’atmosphère

Gaz Teneur Pression partielle

Oxygène 20,95 % 159,22 mm Hg (20,9 kPa)

Dioxyde de carbone 00,03 % 000,228 mm Hg (0,03 kPa)

Azote 78,08 % 593,41 mm Hg (78,1 kPa)

Argon 00,93 % 007,07 mm Hg (0,93 kPa)

Pression partielle = % x pression atmosphérique

Pressions partielles Pressions partielles

Pression atmosphérique Pression atmosphérique

Pressions atmosph. et insp. en Oxygène en fonction de l'altitude

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 2000 4000 6000 8000 10000

Altitude (m)

Pre

ss

ion

atm

os

ph

éri

qu

e

(mm

Hg

)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

PiO

2

(mm

Hg

)

Everest

Mt Blanc

Déterminants de l’oxygénation Déterminants de l’oxygénation artérielleartérielle

* II - Équation des gaz alvéolaires

)()( 222 2 QR

COPOxFPPOP A

iOHBA

Le quotient respiratoireLe quotient respiratoire

Le rapport entre CO2 produit et O2 consommé!

Pour brûler C et H O2, or:

AG = CH3-(CH2)n-COOH (n= 4 à 26)

Glucose =

C

CC

C

C

OH

OH

H

HO H

H

OH

OH

CH2OH

H

CalculsCalculs

Quelle est la PAO2 au sommet de l’Everest ?

Pbar = 236,3 mmHg/PH20 trachéale = 47 mmHg

Si PACO2 = 40 mmHg

PAO2 = (236,3-47)x0,21-(40/0,8) = - 10 mmHg

Si PACO2 = 8 mmHg

PAO2 = (236,3-47)x0,21-(8/0,8) = 29,75 mmHg

CalculsCalculs

Si Pbar = 253 (+ 17) mmHg au sommet de

l’Everest ?

PAO2 = (253-47)x0,21-(8/0,8) = 33,26 mmHg

+ 11, 8 % d’O2! (+ 3,51 mmHg)

Si QR = 1,0

PAO2 = (253-47)x0,21-(8/1,0) = 35,26 mmHg

La diffusion alvéolo-capillaireLa diffusion alvéolo-capillaire

CO2 O2

Échanges alvéolo-capillaires

d’oxygène et de CO2

Membrane alvéolaire capillaire

CapillaireAlvéole

O 2

CO 2

CO 2

CO 2

CO 2

CO 2

CO 2

CO 2

O 2

O 2

O 2

O 2

O 2

O 2

O 2

O 2

O 2

O 2

O 2

O 2

O 2

O 2

O 2

O 2

CO 2

CO 2

CO 2

CO 2

CO 2

CO 2

CO 2

O 2

O 2

O 2

O 2

O 2

O 2

O 2

O 2

O 2

O 2

O 2

O 2

O 2

O 2

O 2

O 2

O 2

Membrane

)( 21 PPDE

SgazV

La diffusion alvéolo-capillaireLa diffusion alvéolo-capillaire

Diffusion selon un gradient de pression

La Loi de Fick:

S=surface (50-100 m2), E=épaisseur (0,5 µm), D=cte de

diff. et P1-P2 la différence de pression partielle.

Captation de l'O2 dans le capillaire pulmonaire

0

20

40

60

80

100

120

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8Temps dans le capillaire (s)

PO

2 (

mm

Hg

)

Diffusion normale

Diffusion réduite

Trouble de diffusion et effortTrouble de diffusion et effort

Au repos, 0,75 s mais le temps baisse à l’effort!

Physiologie respiratoirePhysiologie respiratoire

* III - Le shunt Qs

Exprimé en pourcentage du débit total   TQ

sQ

Hétérogénéité ventilation-perfusion; shunt et espace mort

Rapports ventilation-perfusion

2 3 1VQ = 0

VQ

=

1. Alvéole ventilé mal perfusé (effet espace mort). 2. Alvéole perfusé mal ventilé (effet shunt).3. Alvéole ventilé et perfusé (compartiment « idéal « )

QT

Qs

Calcul du débit de shuntCalcul du débit de shunt Épreuve à FiO2 = 1

QT x CaO2 = Qs x CvO2 + (QT-Qs) x CcO2

QT x CaO2 = Qs x CvO2 + QT x CcO2 – Qs x CcO2

QT x CaO2 – QT x CcO2 =Qs x CvO2 – Qs x CcO2

QT x (CaO2 - CcO2) = Qs x (CvO2 – CcO2)

)(

)(

22

22

CcOCvO

CcOCaO

Q

sQ

T

Calcul du débit de shuntCalcul du débit de shunt

Épreuve à FiO2 = 1

PcO2 = PAO2, ScO2 = SaO2= 100%

)(

)(

22

22

CvOCcO

CaOCcO

Q

Qs

T

Calcul du débit de shuntCalcul du débit de shunt

Épreuve à FiO2 = 1

PAO2 = (PAtmO2 - 47 mmHg – PACo2), différence artério-

veineuse non mesurée

Résultats rendus en une fourchette en fraction ou

pourcentage

54003,0)(

003,0)(

22

22

ouxPaOOP

xPaOOP

Q

Qs

A

A

T

La convection circulatoireLa convection circulatoire

* IV – Le transport artériel en O2 (TaO2)

Si CaO2 alors Qc

Jusqu’où une baisse du CaO2 doit elle être

tolérée ?

22 cxCaOQaOT

Le contenu artériel en OLe contenu artériel en O22

CaO2 = x SaO2 x [Hb] + x PaO2

  pouvoir oxyphorique de l’Hb : = 1,39 mlO2.gHb-1

coefficient de solubilité de l’O2 dans le plasma :

= 0,003 mlO2.mmHg-1.100ml-1 plasma

Le contenu artériel en OLe contenu artériel en O22

Calculs:

Pour Hb 10 et PaO2 = 150

CaO2 = 1,39 x 10 x 1 + 0,003 x 150 = 14,35

Pour Hb 2,5 et PaO2 = 600

CaO2 = 1,39 x 2,5 x 1 + 0,003 x 600 = 5, 28!

Physiologie respiratoirePhysiologie respiratoire

* V - Distribution périphérique

Courbe de dissociation de l’Hb…

La courbe de dissociation de l’O2

O2

O2

O2

O2O2

O2

O2

O2-Hb - O2

O2

O2

O2-Hb - O2

O2

xx

O2-Hb - O2

O2

O2

Oxygène fixé et oxygène dissous

% SAT

PaO2

Courbe de dissociation de l’oxygène

Pressions partielles en oxygène dans le sang

T°, CO2, 2-3DPGpH

Effet Bohr

La physiologie du COLa physiologie du CO22

Origine du CO2 éliminé : dissous (10%), sous

forme de bicarbonate (60%) et d’hémoglobine

carbaminée (30%).

L’oxydation de l’Hb (fixation d’O2) facilite le re-

largage du CO2 (Effet Haldane).

Équation de BohrÉquation de Bohr

VT x FExpiCO2 = VA x FACO2

VT = VD + VA VA = VT - VD

Et parce que Fraction et Pression sont proportionnelles

2

22

CO

COCO

A

EA

T

D

P

PP

V

V

Équation de BohrÉquation de Bohr

Ainsi il est possible d’estimer l’espace mort en

l’absence de gradient alvéolo-artériel : PACO2 =

PaCO2

Espace mort (E†) = espace anatomique, alvéolaire

et instrumental.

Les capnographesLes capnographes

Side-Stream

Analyse d’un prélèvement continu de 50 à 500

ml/min (Pédiatrie et circuits fermés!)

Valeurs « moyennées »

Main-Stream

Adapté aux seuls circuits des ventilateurs sauf 1.

Le capnogrammeLe capnogramme

Espace † anatomique

Espace † alvéolaire

Gaz alvéolaire

EXPIRATIONCO2

TEMPS

PETCO2

PECO2

L’espace mort alvéolaireL’espace mort alvéolaire

Il croit entre autre avec la PEP et en cas d’EP…

Il peut être calculé avec l’équation de Bohr:

2

2

2

22 1_

COCO

COalv

a

COET

A

COETA

T

D

P

P

P

PP

V

V

Physiologie respiratoirePhysiologie respiratoire

 * VI - Régulation de la respiration

  Chémorécepteurs périphériques et centraux,

centres ventilatoires, « stimulus ventilatoires »

Régulation de la respirationRégulation de la respiration

La ventilation du sujet sain: CO2!

* PaCO2 40 ± 2 mmHg

* pH 7,40 ± 0,02

L’hypoxémie ? Un stimulus si PaO2 < 60 mmHg!

BibliographieBibliographie Physiologie respiratoire. John B. WEST, éditions Pradel

Physiopathologie respiratoire. John B. WEST, éditions

Pradel

Physiologie en anesthésiologie FEEA, éditions Pradel

Exploration fonctionnelle pulmonaire. Jack WANGER,

éditions MASSON-Williams & Wilkins

Nunn’s Applied Respiratory Physiology, éditions

Butterworth/Heinemann