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