Transport des Gaz dans le Sang - PDF

Faculté de Médecine d’Alger Laboratoire de Physiologie Transport des gaz dans le sang Dr. KADIM.S  TRANSPORT DES GAZ DANS LE SANG I- Introduction II- Transport de l’oxygène dans le sang 1- Vue générale sur le transport de l’oxygène 2- O...

Faculté de Médecine d’Alger Laboratoire de Physiologie Transport des gaz dans le sang Dr. KADIM.S  TRANSPORT DES GAZ DANS LE SANG I- Introduction II- Transport de l’oxygène dans le sang 1- Vue générale sur le transport de l’oxygène 2- Oxygène dissous 3- Oxygène combiné à l’hémoglobine 4- Saturation de l’hémoglobine en oxygène 5- Courbe de dissociation de l’oxyhémoglobine et son interprétation 6- Facteurs modifiant la courbe de dissociation de l’hémoglobine a- Effet de la PCO2 et de la concentration d’ions H+ b- Effet du 2,3-diphosphoglycérate c- Effet de la température III- Transport du dioxyde de carbone dans le sang 1- Vue générale sur le transport du dioxyde de carbone 2- Dioxyde de carbone dissoute 3- Dioxyde de carbone combiné à l’hémoglobine 4- Dioxyde de carbone sous forme de bicarbonates IV- Relation entre le contenu en CO2 et le pH sanguin 1- Relation entre le pH, la PCO2 et les bicarbonates du plasma 2- Déséquilibres acide-base  INTRODUCTION La fonction respiratoire du sang est représentée par le transport des gaz respiratoires des poumons vers les tissus pour l'oxygène (O 2) et en sens inverse pour le dioxyde de carbone (CO 2). Ce transport est assuré essentiellement par une hémoprotéine : hémoglobine  INTRODUCTION Dans un milieu liquide (sang), les gaz sont présents sous 2 formes : - la forme dissoute - la forme combinée La fraction dissoute : seule forme du gaz qui participe à la pression partielle.  INTRODUCTION Le volume d’un gaz dissous dans un liquide est déterminé par : - sa pression partielle - son coefficient de solubilité - la température du liquide. Il est calculé à partir de la loi de dissolution ou loi de Henry : Vgaz = α x Pgaz/ Patm où α représente le coefficient de solubilité Le gaz diffuse d’une zone de haute pression vers une zone de basse pression. Cette loi fondamentale régit les transports de gaz dans l’organisme.  TRANSPORT DE L’O2 DANS LE SANG 1- Vue générale sur le transport de l’O2 Les poumons et l’appareil cardiovasculaire = système permettant d’alimenter les tissus en O2 dont la quantité apportée aux tissus dépend de : - la quantité d’O2 entrant dans les poumons - la qualité des échanges gazeux au niveau alvéolaire - l’irrigation sanguine des tissus dépendant du degré de constriction des vaisseaux et du débit cardiaque - la capacité de transport de l’O2 dans le sang déterminée par la quantité d’O2 dissous, le contenu en hémoglobine du sang et l’affinité de l’hémoglobine pour l’O2.  TRANSPORT DE L’O2 DANS LE SANG 1- Vue générale sur le transport de l’O2 L’O2 est transporté dans le sang sous 2 formes : - forme dissoute, libre dans le plasma - forme combinée à l’hémoglobine dans l’érythrocyte Les réactions entre ces 2 formes sont : - réversibles, - très rapides - dépendantes de la PO2.  TRANSPORT DE L’O2 DANS LE SANG Dans le sang artériel,la PaO2 : - est peu inférieure à celle de l’air alvéolaire. - est de 100 mmHg - diminue avec l’âge Dans le sang veineux, la PvO2 : - est en fonction des organes et de l’intensité du métabolisme - est en moyenne de 40 mmHg  TRANSPORT DE L’O2 DANS LE SANG 2- O2 dissous La quantité d’O2 dissous est directement proportionnelle à la PO2 (loi de Henry). plus la PO2 est élevée et plus il y a de l’O2 dissous dans le plasma. - Fraction dissoute d’O2 = 1,5 % de l’O2 dans le sang. Au niveau artériel, pour une PaO2 normale de 100 mmHg, il y a 3 ml d’O2 dissous par litre de sang ; soit 15 ml/min d’O2 dissous pour un débit cardiaque de 5 l /min.  TRANSPORT DE L’O2 DANS LE SANG 2- O2 dissous Au repos, la consommation d’O2 - = 250 ml /min - augmente jusqu’à 25 fois lors d’un exercice physique. un autre mode de transport d’O2 dans le sang = l’hémoglobine. L’O2 combiné à l’hémoglobine : - = 98,5% - ne contribue pas à la PO2 du sang. La PO2 reflète seulement la fraction d’O2 dissoute et non pas la quantité d’O2 dans le sang.  TRANSPORT DE L’O2 DANS LE SANG 3- O2 combiné à l’hémoglobine  TRANSPORT DE L’O2 DANS LE SANG 3- O2 combiné à l’hémoglobine - Hb non combinée à l’O2 = Hb réduite ou désoxyhémoglobine (Hb). - Hb combinée à l’O2 = oxyhémoglobine (HbO2). Chaque molécule d’Hb peut transporter jusqu’à 4 molécules d’O 2. - Fer sous sa forme divalente (Fe++) peut fixer l’O2 - Fer sous sa forme trivalente (Fe+++) ne peut pas fixer l’O2. Il est retrouvé dans la méthémoglobine, l’une des formes non fonctionnelles de l’Hb.  TRANSPORT DE L’O2 DANS LE SANG 4- Saturation de l’hémoglobine en O2 Saturation en O2 de l’Hb (SO2) : proportion de molécules d’Hb présentes sous forme oxygénée ; exprimée en pourcentage. Saturation en O2 (SO2) = (O2 combiné à Hb/Hb totale)X 100 Le % de SO2 : - = 0 à 100 % - dépend essentiellement de la PO2 du sang qui est fonction de la quantité d’O2 dissous.  TRANSPORT DE L’O2 DANS LE SANG 4- Saturation de l’hémoglobine en O2 Poumon Hb + O2 HbO 2 Tissus Cette réaction obéit à la loi d’action de masse.  TRANSPORT DE L’O2 DANS LE SANG 4- Saturation de l’hémoglobine en O2 Ainsi, au niveau du capillaire pulmonaire : PO2 O2 dissous HbO2 Inversement, au niveau du capillaire systémique : PO2 O2 dissous HbO2 La différence de la PO2 dans les poumons et les tissus entraîne une captation de l’O2 par l’Hb dans les poumons et une libération d’O2 dans les tissus qui vont utiliser ce dernier pour leur métabolisme.  TRANSPORT DE L’O2 DANS LE SANG 4- Saturation de l’hémoglobine en O2 - Pouvoir oxyphorique du sang : permet de déterminer le volume d’O2 que peut fixer 1 g d’Hb. Théoriquement, 1g d’Hb fixe 1,39 ml d’O2. In vivo, 1 g d’Hb fixe 1,34 ml d’O2.  TRANSPORT DE L’O2 DANS LE SANG 4- Saturation de l’hémoglobine en O2 La concentration en Hb = 15 g/100 ml de sang. Le volume d’O2 dissous = 0,3 ml/100 ml de sang. Le volume total d’O2 dans le sang=[O2 combiné à Hb]+[O2 dissous] O2 total = 1,34 x [Hb] + 0,3 = 1,34 x 15 + 0,3 ≈ 20 ml /100 ml de sang ; soit environ 1 l d’O2 /min avec un débit cardiaque de 5 l /min.  TRANSPORT DE L’O2 DANS LE SANG 5- Courbe de dissociation de l’oxyhémoglobine La relation entre la PO2 et la saturation en O2 de l’Hb n’est pas linéaire. Elle est sigmoïde connue sous le nom de courbe de dissociation (ou de saturation) de l’HbO 2 ou courbe de Barcroft.  TRANSPORT DE L’O2 DANS LE SANG 5- Courbe de dissociation de l’oxyhémoglobine  TRANSPORT DE L’O2 DANS LE SANG 5- Courbe de dissociation de l’oxyhémoglobine et son interprétation - Entre 60 et 100 mmHg de PO2 : courbe en plateau et saturation de l’Hb à 98,5%. Si la PO2 diminue en dessous de la valeur normale, la saturation de l’Hb diminue peu et le contenu du sang en O2 de même. Plateau de la courbe = une marge de sécurité pour le transport de l’O2 par le sang. Ce segment correspond à la zone de la PO2 dans les capillaires pulmonaires. - Entre 0 et 60 mm Hg de PO2 : courbe avec un segment abrupt où l’O2 est déchargé de l’Hb. Ce segment correspond à la zone de la PO2 dans les capillaires systémiques.  TRANSPORT DE L’O2 5- Courbe de dissociation de l’oxyhémoglobine et son interprétation La PO2 à 50 % de saturation en O2, appelé P50 constitue une mesure utile de la position de la courbe de dissociation de l’hémoglobine. Sa valeur normale, chez l’homme est de 27 mm Hg. Trois points sont à retenir sur la courbe : - sang artériel normal avec une PO2 100, SO2 97 % - sang veineux normal avec une PO2 40, SO2 75 % - P50 27, SO2 50 %  TRANSPORT DE L’O2 DANS LE SANG 6- Facteurs modifiant la courbe de dissociation de l’oxyhémoglobine - la PCO2 et la concentration d’ions H+ - la température - la concentration du 2,3 diphosphoglycérate (2,3-DPG)  TRANSPORT DE L’O2 DANS LE SANG 6- Facteurs modifiant la courbe de dissociation de l’oxyhémoglobine Augmentation de ces facteurs = déplacement de la courbe de dissociation vers la droite signant une diminution de l’affinité de l’Hb pour l’O2. Baisse de l’un de ces facteurs = déplacement de la courbe vers la gauche avec augmentation de l’affinité de l’Hb pour l’O2.  TRANSPORT DE L’O2 DANS LE SANG 6- Facteurs modifiant la courbe de dissociation de l’oxyhémoglobine a- Effet de la PCO2 et de la concentration d’ions H+ Le CO2 diffuse des tissus vers le sang augmentant la PCO 2 ainsi que la libération d’ions H+ avec diminution du pH sanguin ; ce qui déplace la courbe de dissociation de l’Hb vers la droite. Il en résulte une baisse de l’affinité de l’Hb pour l’O2 avec apport accru de ce dernier aux tissus. Ce phénomène est connu sous le nom d’effet Bohr. La diminution de la PCO2 et la concentration des ions H+ a un effet inverse déplaçant la courbe vers la gauche avec augmentation de l’affinité de l’hémoglobine pour l’O2.  TRANSPORT DE L’O2 DANS LE SANG 6- Facteurs modifiant la courbe de dissociation de l’oxyhémoglobine b- Effet du 2,3- diphosphoglycérate Une mole de 2,3-DPG se lie à une mole d’Hb selon la réaction suivante : HbO2 + 2,3-DPG Hb-2,3-DPG + O2 Toute augmentation de la concentration du 2,3-DPG déplace la réaction et la courbe de dissociation de l’Hb vers la droite entraînant une libération d’O2 dans le sang. La baisse de concentration du 2,3-DPG déplace la courbe vers la gauche avec une diminution de la P50 d’où augmentation de l’affinité de l’Hb pour l’O2.  TRANSPORT DE L’O2 DANS LE SANG 6- Facteurs modifiant la courbe de dissociation de l’oxyhémoglobine c- Effet de la température L’élévation de la température suite à la production de la chaleur par le métabolisme tissulaire favorise la dissociation de l’O2 de l’Hb et entraîne un déplacement de la courbe vers la droite.  TRANSPORT DU CO 2 DANS LE SANG 1- Vue générale sur le transport du CO2 Le métabolisme cellulaire produit 200 ml/min de CO 2 qui diffuse vers le sang et est véhiculé par ce dernier sous 3 formes : - sous forme dissoute - sous forme combinée à l’hémoglobine - sous forme de bicarbonates CO2 total du sang = CO2 dissous + CO2 lié à Hb + HCO3-  TRANSPORT DU CO2 DANS LE SANG 2- CO2 sous dissous La quantité de CO2 dissous obéit à la loi de Henry et dépend de la pression partielle PCO2. Le CO2 dissous représente 10 % du contenu total du sang en CO2. Il est 24 fois plus soluble que l’O2.  TRANSPORT DU CO2 DANS LE SANG 3- CO2 combiné à l’hémoglobine Le CO2 se lie à la globine de l’Hb pour former la carbaminohémoglobine selon la réaction suivante : Hb-NH2 + CO2 Hb-NH-COOH Le CO2 sous cette forme représente 30% du CO2 contenu dans le sang.  TRANSPORT DU CO2 DANS LE SANG 4- CO2 sous forme de bicarbonates HCO3- est le transport prédominant du CO 2 représentant 60% du CO2 contenu dans le sang. Dans l’érythrocyte, le CO2 est converti en HCO3- suivant la formule : CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3- anhydrase acide carbonique carbonique TRANSPORT DU CO2 DANS LE SANG Liaison aux Protéines Plasmatiques Phénomène de Hamburger par des protéines de transport Elaine N Marieb-Katja Hoehn-Anatomie et physiologie humaine TRANSPORT DU CO2 DANS LE SANG Phénomène de Hamburger inversé par une protéine de transport Elaine N Marieb- Katja Hoehn- Anatomie et physiologie humaine  TRANSPORT DU CO2 DANS LE SANG La PO2 a une influence sur l’affinité des molécules de CO 2 pour l’Hb : c’est l’effet Haldane. Ainsi, plus la PO 2 et la saturation en O2 sont faibles et plus la concentration en CO2 du sang est élevée.  RELATION ENTRE LE CONTENU EN CO2 ET LE pH SANGUIN 1- Relation entre le pH, la PCO2 et HCO3- du plasma Les ions H+ libérés par la dissociation du H2CO3 sont tamponnés par l’Hb dans l’érythrocyte et certaines protéines du plasma. Les ions HCO3- produits vont constituer dans le plasma une réserve alcaline dans le système tampon H2CO3 - HCO3- du sang permettant l’équilibre du pH sanguin. Aussi, si la concentration en ions H+ augmente, la quantité en excès va se combiner aux ions HCO3- pour former le H2CO3. Par contre, si la concentration en ions H+ diminue, le H2CO3 se dissocie libérant les ions H+ et le pH diminue.  RELATION ENTRE LE CONTENU EN CO2 ET LE pH SANGUIN 1- Relation entre le pH, la PCO2 et HCO3- du plasma La ventilation alvéolaire peut modifier l’élimination du CO 2, permettant ainsi à l’organisme de contrôler son équilibre acide-base. La respiration joue un rôle fondamental dans l’ajustement et le maintien du pH sanguin avec la participation du rein.  RELATION ENTRE LE CONTENU EN CO 2 ET LE pH SANGUIN 1- Relation entre le pH, la PCO2 et HCO3- du plasma Dans l’organisme, la [H+] = 40nmol/l correspondant à un pH neutre de 7,4. - Solution acide si pH < 7,4 avec une [H+] > 40 nmol/l. - Solution alcaline si pH> 7,4 avec une [H+] < 40 nmol/l. - Un pH < 6,9 ou > 7,8 est incompatible avec la vie. Le pH est donné par l’équation de Henderson-Hasselbach : pH = 6,1 + log [HCO3- ] / [H2CO3] pH = 6,1 + log [HCO3- ]/CO2 pH = 6,1 + log [HCO3- ]/PCO2x0,03 La relation entre le pH, la PCO2 et les HCO3- est représentée par le diagramme pH- bicarbonate ou diagramme de Davenport.  RELATION ENTRE LE CONTENU EN CO2 ET LE pH SANGUIN 1- Relation entre le pH, la PCO2 et HCO3- du plasma Les valeurs physiologiques du plasma artériel normales sont : - pH = 7,4 avec une [H+] = 40 nmol/l - 7,38 ≤ pH ≤ 7,42 - PCO2 = 40 mm Hg - 38 mm Hg ≤ PCO2 ≤ 42 mm Hg - [HCO3-] = 24 mmol/l - 23 mmol/l ≤ [HCO3-] ≤ 28 mmol/l  RELATION ENTRE LE CONTENU EN CO2 ET LE pH SANGUIN 2- Déséquilibres acide-base 4 catégories de déséquilibres acide-base sont observées : - acidose respiratoire - alcalose respiratoire - acidose métabolique - alcalose métabolique Ces déséquilibres : - peuvent être associés : acidose ou alcalose mixte. - peuvent être corrigés avec un pH normal : déséquilibres compensés  RELATION ENTRE LE CONTENU EN CO2 ET LE pH SANGUIN Déséquilibres pH PCO2 [HCO3-] compensation acido-basiques Acidose Normal respiratoire [HCO3-] Alcalose Normal respiratoire [HCO3-] Acidose Normal PCO2 métabolique Alcalose Normal PCO2 métabolique