Echanges gazeux alvéolo-capillaires 2022-2023 PDF

Echanges gazeux alvéolo- capillaires 2022 - 2023 FAC de MEDECINE de BLIDA1 1 Dr BENREKIA Y 1ère UNITE : CARDIO-RESPIRATOIRE Objectifs du cours : 1- Définir l’espace mort anatomique, alvéolaire et physiologique 2- Décrire la compo...

Echanges gazeux alvéolo- capillaires 2022 - 2023 FAC de MEDECINE de BLIDA1 1 Dr BENREKIA Y 1ère UNITE : CARDIO-RESPIRATOIRE Objectifs du cours : 1- Définir l’espace mort anatomique, alvéolaire et physiologique 2- Décrire la composition de l’air inspiratoire et expiratoire 3- Différencier la ventilation alvéolaire de la ventilation pulmonaire 4- Savoir appliquer la loi de diffusion de Fick 5- Connaître les caractéristiques de la barrière d’échange 6- Identifier la capacité de diffusion de l’O2 , du CO2 et du CO 7- Distinguer les 3 zones pulmonaires selon le rapport ventilation/perfusion 8- Savoir les tests d’exploration des échanges alvéolo-capillaires FAC de MEDECINE de BLIDA1 2  Dr BENREKIA Y 1ère UNITE : CARDIO-RESPIRATOIRE Plan I/ Introduction II/ Espace mort et ventilation alvéolaire 1- Espace mort anatomique, alvéolaire et physiologique 2- Ventilation alvéolaire (VA) 3- Effet des modalités de la respiration sur la ventilation III/ Diffusion alvéolo-capillaire 1- Caractéristiques de la membrane alvéolo-capillaire 2- principes de la diffusion 3- Diffusion de l’oxygène et du gaz carbonique IV/ Rapport ventilation / perfusion (V/Q) V/ Etude des échanges gazeux FAC de MEDECINE de BLIDA1 3 Dr BENREKIA Y 1ère UNITE : CARDIO-RESPIRATOIRE I/ Introduction Les échanges gazeux alvéolo-capillaires consistent en l’échange d’O2 et de CO2 entre les alvéoles et le sang capillaire pulmonaire, entrainant la conversion du sang désoxygéné en sang oxygéné (hématose) FAC de MEDECINE de BLIDA1 4  Dr BENREKIA Y 1ère UNITE : CARDIO-RESPIRATOIRE Plan I/ Introduction II/ Espace mort et ventilation alvéolaire 1- Espace mort anatomique, alvéolaire et physiologique 2- Ventilation alvéolaire (VA) 3- Effet des modalités de la respiration sur la ventilation III/ Diffusion alvéolo-capillaire 1- Caractéristiques de la membrane alvéolo-capillaire 2- principes de la diffusion 3- Diffusion de l’oxygène et du gaz carbonique IV/ Rapport ventilation / perfusion (V/Q) V/ Etude des échanges gazeux FAC de MEDECINE de BLIDA1 5 Dr BENREKIA Y 1ère UNITE : CARDIO-RESPIRATOIRE II/ Espace mort et ventilation alvéolaire:  Les échanges gazeux dans l’appareil respiratoire sont limités aux alvéoles, il n’y parvient qu’une partie du volume courant (VT) , la fraction dite alvéolaire, le reste constitue le volume de l’espace mort anatomique (VD)  L’espace mort anatomique (VD) est le volume d’air contenu dans les voies aériennes conductrices et qui n’atteint jamais les alvéoles (volume d’air de la cavité buccale, des fosses nasales, du pharynx, de la trachée et des bronches où l’air inspiré est purifié, humidifié et réchauffé) il est de l’ordre de 150ml. FAC de MEDECINE de BLIDA1 6  Dr BENREKIA Y 1ère UNITE : CARDIO-RESPIRATOIRE  L’espace mort alvéolaire est un volume d’air contenu dans un territoire alvéolaire qui, pour diverses raisons, n’est pas ou peu perfusé. Les échanges gazeux ne peuvent pas être réalisés à cet endroit car le sang n’atteint pas les alvéoles.  Chez le sujet normal l’espace mort alvéolaire est négligeable L’espace mort physiologique = espace mort anatomique + espace mort alvéolaire ≈ 160 ml FAC de MEDECINE de BLIDA1 7 Dr BENREKIA Y 1ère UNITE : CARDIO-RESPIRATOIRE  La ventilation alvéolaire (VA) correspond aux échanges gazeux entre l’atmosphère et les alvéoles : VA = (VT – VD) x f ( f = est la fréquence respiratoire, VD = Dead space ou volume de l’espace mort = 150ml = le double du poids corporel)  « La ventilation alvéolaire est donc toujours inférieure à la ventilation minute » FAC de MEDECINE de BLIDA1 8 Dr BENREKIA Y 1ère UNITE : CARDIO-RESPIRATOIRE Espace mort anatomique (VD )et volume courant (VT) 2 1 3 FAC de MEDECINE de BLIDA1 9 Dr BENREKIA Y 1ère UNITE : CARDIO-RESPIRATOIRE  Effet des modalités de la respiration sur la ventilation alvéolaire: Trois modalités respiratoires sont à distinguées: 1- Une respiration profonde et lente (VT = 1200ml et f = 5/min) engendre une ventilation pulmonaire de 6 l/min avec une ventilation alvéolaire de 5250 ml/min 2- Une respiration calme au repos (VT = 500ml et f = 12/min) engendre également une ventilation pulmonaire de 6 l/min mais avec une ventilation alvéolaire de seulement 4200 ml/min FAC de MEDECINE de BLIDA1 10 Dr BENREKIA Y 1ère UNITE : CARDIO-RESPIRATOIRE 3- Une respiration superficielle, rapide (VT=150ml et f =40/min) engendre aussi une ventilation pulmonaire de 6 l/min mais la ventilation alvéolaire est nulle, ici la personne peut perdre sa connaissance en quelques minutes FAC de MEDECINE de BLIDA1 11  Dr BENREKIA Y 1ère UNITE : CARDIO-RESPIRATOIRE Plan I/ Introduction II/ Espace mort et ventilation alvéolaire 1- Espace mort anatomique, alvéolaire et physiologique 2- Ventilation alvéolaire (VA) 3- Effet des modalités de la respiration sur la ventilation III/ Diffusion alvéolo-capillaire 1- Caractéristiques de la membrane alvéolo-capillaire 2- principes de la diffusion 3- Diffusion de l’oxygène et du gaz carbonique IV/ Rapport ventilation / perfusion (V/Q) V/ Etude des échanges gazeux FAC de MEDECINE de BLIDA1 12 Dr BENREKIA Y 1ère UNITE : CARDIO-RESPIRATOIRE III/ Diffusion alvéolo-capillaire A/ Caractéristiques de la membrane alvéolo-capillaire Les échanges gazeux se font par simple diffusion à travers la membrane alvéolo-capillaire qui est caractérisée par  Une faible épaisseur 0,3 à 0,5µm (mince mais résistante) Elle comporte au minimum : - Un film liquidien alvéolaire (F) - Bras d’un pneumocyte I (P1) - Membranes basales fusionnées (MB) - Cellule endothéliale (E) FAC de MEDECINE de BLIDA1 13 Dr BENREKIA Y 1ère UNITE : CARDIO-RESPIRATOIRE  Une surface d’échange importante entre 80 et 100m² sachant que les capillaires pulmonaires recouvrent 75% de la surface alvéolaire Après avoir traverser cette barrière, l’O2 se fixe à l’Hémoglobine (Hb)pour être transporter aux tissu; c’est pour cette raison qu’on ne parle plus de diffusion mais de transfert alvéolo-capillaire FAC de MEDECINE de BLIDA1 14  Dr BENREKIA Y 1ère UNITE : CARDIO-RESPIRATOIRE B/ Principes physiques de la diffusion et loi de Fick :  Un gaz diffuse d’une zone de pression partielle élevée vers une zone de pression partielle plus basse, jusqu’à ce qu’un certain équilibre soit atteint  Dans un mélange gazeux, chaque gaz se comporte de façon indépendante  La diffusion d’un gaz d’un milieu gazeux vers un milieu liquide suit les mêmes lois qu’au sein d’un milieu gazeux homogène FAC de MEDECINE de BLIDA1 15 Dr BENREKIA Y 1ère UNITE : CARDIO-RESPIRATOIRE  Selon la loi de Fick la diffusion du gaz (Vgaz) : Vgaz = S/E x D x ΔP S : la surface d’échange E : épaisseur D : coefficient de diffusion ΔP : différence de pression Sachant que : S/E x D = DL = la capacité de diffusion du poumon (Capacity Diffusion of the Lung), On peut écrire : Vgaz= DL x ΔP  Capacité de diffusion pulmonaire (DL) exp : de l’oxygène La DLO2 est le volume d’O2 qui traverse la membrane alvéolo- capillaire en 1 minute pour une différence de pression de 0,133KPa (1mmHg) de part et d’autre de la membrane. DLO2 = 1,23 DLCO et DLCO2 = 20 DLO2 FAC de MEDECINE de BLIDA1 16 Dr BENREKIA Y 1ère UNITE : CARDIO-RESPIRATOIRE La diffusion du gaz est proportionnelle * à la surface (S) d’échange * au gradient de pression (P1-P2) * au temps de contact (dt) * à la solubilité du gaz Elle est Inversement proportionnelle * à l’épaisseur de la membrane d’échange * au poids moléculaire du gaz FAC de MEDECINE de BLIDA1 17 Dr BENREKIA Y 1ère UNITE : CARDIO-RESPIRATOIRE C/ Diffusion de l’O2 et du CO2 : En passant dans les poumons, le sang gagne de l’O2 et perd du CO2 par simple diffusion de fait de la différence des pressions partielles d’une part (pour l’O2+++), et du coefficient de diffusion important d’autre part (pour le CO2). * PAO2 = 100mmHg PACO2 = 40mmHg * PsO2 = 40mmHg PsCO 2 = 46mmHg FAC de MEDECINE de BLIDA1 18 Dr BENREKIA Y 1ère UNITE : CARDIO-RESPIRATOIRE L’équilibre des pressions de l’O2 et du CO2 est atteint rapidement (entre 0,3 et 0,4 sec) car : 1- La ΔPO2 est importante ΔPO2 = 100 – 40 = 60mmHg 2- La diffusibilité de CO2 est importante, elle est 20 fois plus importante que celle de l’O2 0,25 sec FAC de MEDECINE de BLIDA1 19 Dr BENREKIA Y 1ère UNITE : CARDIO-RESPIRATOIRE FAC de MEDECINE de BLIDA1 20  Dr BENREKIA Y 1ère UNITE : CARDIO-RESPIRATOIRE Plan I/ Introduction II/ Espace mort et ventilation alvéolaire 1- Espace mort anatomique, alvéolaire et physiologique 2- Ventilation alvéolaire (VA) 3- Effet des modalités de la respiration sur la ventilation III/ Diffusion alvéolo-capillaire 1- Caractéristiques de la membrane alvéolo-capillaire 2- principes de la diffusion 3- Diffusion de l’oxygène et du gaz carbonique IV/ Rapport ventilation / perfusion (V/Q) V/ Etude des échanges gazeux FAC de MEDECINE de BLIDA1 21 Dr BENREKIA Y 1ère UNITE : CARDIO-RESPIRATOIRE IV/ Distribution régionale de la ventilation et de la perfusion et rapport : Ventilation / Perfusion (VA/Q) Au repos, lorsque le poumon est en position verticale, la distribution de la perfusion (Q) et de la ventilation (VA) est non–homogène * les sommets sont hyperventilés et mal perfusés * les bases sont hypoventilés et bien perfusés Ainsi le rapport (VA/Q) diminue de la pointe vers la base NB : le mécanisme de vasoconstriction hypoxique est déclenché lorsque la PAO2 dans un territoire alvéolaire est très basse, il est à l’origine : D’un shunt des régions mal ventilées et d’une réorientation du (Q) vers les régions bien ventilées FAC de MEDECINE de BLIDA1 22 Dr BENREKIA Y 1ère UNITE : CARDIO-RESPIRATOIRE Rapport ventilation / perfusion selon les zones (1,2,3) 1 VA/Q élevé = 3,3 2 VA/Q idéal = 1 3 VA/Q bas = 0,63 Signification des rapports V/P (ventilation / perfusion) 0 = shunt alvéolaire 0-1= effet shunt 1= idéal > 1 = effet espace mort ∞ = espace mort alvéolaire FAC de MEDECINE de BLIDA1 23 Dr BENREKIA Y 1ère UNITE : CARDIO-RESPIRATOIRE  Le rapport ventilation-perfusion n’est jamais complètement homogène, mais s’uniformise  L’uniformisation du rapport ventilation-perfusion est obtenue en altitude (meilleure distribution de la perfusion) en position couchée (meilleure distribution de la perfusion et de la ventilation) et à l’exercice physique (ventilation/perfusion redistribuée vers les zones mal ventilées/perfusées) FAC de MEDECINE de BLIDA1 24 Dr BENREKIA Y 1ère UNITE : CARDIO-RESPIRATOIRE Espace mort et shunt alvéolaire 1-Alvéole normalement ventilé et perfusé 2-Alvéole non perfusé 3-Obstacle à la diffusion 4-Alvéole non ventilé 2 et 3 : espace mort alvéolaire 4 : Shunt alvéolaire FAC de MEDECINE de BLIDA1 25  Dr BENREKIA Y 1ère UNITE : CARDIO-RESPIRATOIRE Plan I/ Introduction II/ Espace mort et ventilation alvéolaire 1- Espace mort anatomique, alvéolaire et physiologique 2- Ventilation alvéolaire (VA) 3- Effet des modalités de la respiration sur la ventilation III/ diffusion alvéolo-capillaire 1- Caractéristiques de la membrane alvéolo-capillaire 2- principes de la diffusion 3- Diffusion de l’oxygène et du gaz carbonique IV/ Rapport ventilation / perfusion (V/Q) V/ Etude des échanges gazeux FAC de MEDECINE de BLIDA1 26 Dr BENREKIA Y 1ère UNITE : CARDIO-RESPIRATOIRE V/ L’étude des échanges gazeux : Les troubles des échanges gazeux sont déterminés par : 1- La mesure de la capacité de transfert de la membrane alvéolo-capillaire : On utilise le CO comme gaz traceur , un gaz dont les propriétés de diffusion sont proches de celles de l‘O2, mais dont l'affinité très forte pour l'hémoglobine fait qu'il se lie rapidement à elle et que sa pression partielle dans le sang capillaire est négligeable La TLCO normale est de : 25 ml / min / mmHg FAC de MEDECINE de BLIDA1 27 Dr BENREKIA Y 1ère UNITE : CARDIO-RESPIRATOIRE  Elle est perturbée en cas de : 1- Réduction de la surface d’échange : pneumonectomie, processus néoplasique, processus infectieux… 2- Augmentation de l’épaisseur de la MAC : pneumopathies interstitielles, fibroses pulmonaires, Œdème pulmonaire 3- Restriction du lit capillaire pulmonaire : embolie pulmonaire FAC de MEDECINE de BLIDA1 28 Dr BENREKIA Y 1ère UNITE : CARDIO-RESPIRATOIRE 2- Le test d'hyperoxie : Sert à dépister un effet shunt, il consiste en une ventilation d’O2 pur (FIO2 à 100%) pendant 15 min. Si PaO2 < 500mmHg : PaO2 non corrigée = shunt vrai Si PaO2 corrigée = effet shunt 3- Différence alvéolo-artérielle en CO2 : Sert à dépister un effet espace mort (embolie pulmonaire); La différence est habituellement nulle ; s'il existe une zone ventilée mais non perfusée, la PaCO2 dans l'air expiré sera plus basse que dans le sang artériel FAC de MEDECINE de BLIDA1 29 Dr BENREKIA Y 1ère UNITE : CARDIO-RESPIRATOIRE Arrivez – vous à répondre? 1- Définir l’espace mort anatomique, alvéolaire et physiologique 2- Décrire la composition de l’air alvéolaire 3- Différencier la ventilation alvéolaire de la ventilation pulmonaire 4- Savoir appliquer la loi de diffusion de Fick 5- Connaitre les caractéristiques de la barrière d’échange 6- Identifier la capacité de diffusion de l’O2 , du CO2 et du CO 7- Distinguer les 3 zones pulmonaires selon le rapport ventilation/perfusion 8- Savoir les tests d’exploration des échanges alvéolo-capillaires FAC de MEDECINE de BLIDA1 30 Dr BENREKIA Y 1ère UNITE : CARDIO-RESPIRATOIRE FAC de MEDECINE de BLIDA1 31