Les échanges Alvéolo-Capillaires - PDF

Les échanges Alvéolo-Capillaires Dr. Martani Université Constantine 3 Service de physiologie clinique et des explorations fonctionnelles CHU Constantine  PLAN II- La ventilation alvéolaire 1 - Définition 2 - Diff...

Les échanges Alvéolo-Capillaires Dr. Martani Université Constantine 3 Service de physiologie clinique et des explorations fonctionnelles CHU Constantine  PLAN II- La ventilation alvéolaire 1 - Définition 2 - Différents types d’espaces morts 3 -Composition de l’air atmosphérique, inspiré et alvéolaire II- Les échanges alvéolo-capillaires 1- Introduction 2- La membrane alvéolo-capillaire 3- Lois physique de diffusion 4- Diffusion de l’O2 et du CO2 5- Capacité de transfert de l’O2 6- Mesure de la capacité de transfert 7- Perturbation de la TLCO Les étapes de la respiration Zones respiratoires  II- La ventilation 1- Définition de la ventilation: Le renouvellement de l’air alvéolaire 1-a La ventilation globale: VE C’est la quantité d’air qui par minute , pénètre au niveau du poumon. VE = VT x Fr VT (Tidal volume) : Volume courant = 500 ml Fr : La fréquence respiratoire par minute (12-16 cycles / min) Au repos : VE= 6 L/min 1-b La ventilation alvéolaire: VA : représente le volume d’air qui arrive effectivement au niveau des alvéoles VA = (VT- VD)x Fr VD = Espace mort : volume d’air qui n’atteint pas les alvéoles et ne participe pas aux échanges (VD = 150 ml)  2 - Différents types d’espaces morts: Est défini comme espace mort tout espace ventilé mais non perfusé. a- Espace mort anatomique: Correspond a la zone de conduction et la partie non alvéolisée de la zone de transition ( sa valeur moyenne est de 150 ml ) b- Espace mort alvéolaire: Correspond aux alvéoles ventilés mais non perfusés (sa valeur est de 10 ml) c- Espace mort physiologique ou total : correspond à la somme des deux espace mort anatomique et alvéolaire ( sa valeur est de 160 ml) Différents types d’espace mort  3 - Composition de l’air atmosphérique - Atmosphère : mélange de gaz - Les différents gaz de l’atmosphère (Air sec): Azote N2 oxygène O2 Mais également d’autres gaz dont les pressions partielles sont infimes et donc négligeables (Dioxyde de carbone CO2, Argon, Néon, Hélium, Méthane, Krypton, Hydrogène). – Leur concentration (« fraction ») simplifiée: F N2 = 79 % F O2 = 21 % (20,93%) , F CO2≈ 0 %  Notion de pression partielle (Pp) Gaz = molécules en mouvement Impact des molécules sur une surface = pression Pression: dépend: - Nombre de molécules/volume -Température La loi de Dalton nous apprend que dans un mélange gazeux, la pression totale est égale à la somme des pressions partielles de gaz constituant le mélange  Notion de pression partielle (Pp) Pression totale (PTOT) = pression atmosphérique (Patm) ou barométrique (PB) P atm = 760 mm Hg au niveau de la mer Chaque gaz contribue à la pression totale proportionnellement à sa fraction PTOT = (F1 x PTOT) + (F2 x PTOT)  Notion de pression partielle Pression partielle de N2 = 760 x 0,79 = 600 mmHg Pression partielle en O2 = 760 x 0,2093 = 159 mmHg Pression inspiratoire en O2 (PIO2) = 159 mmHg En altitude, le pourcentage d’oxygène ne varie pas, contrairement à la pression barométrique qui diminue 1800 m la PIO2= 127 mmHg 5000 m la PIO2 = 84 mmHg 8884 m (Mont Everest) la PIO2= 50 mmHg  3- Composition de l’air inspiré (Trachéal) Au niveau des voies aériennes supérieures , en plus des trois composants habituels de l’air atmosphérique oxygène, azote, dioxyde de carbone s’ajoute un nouveau gaz: la vapeur d’eau, puisque le mélange inhalé a été humidifié par les voies ariennes supérieures La pression de la vapeur d’eau à la température du corps = 47 mmHg PI O2 = (Patm – 47) x 0,023 = 149 mmHg Le simple passage de l’air atmosphérique dans les voies ariennes supérieures a fait chuter la Pression partielle en O2 de 10 mmHg, c’est le début de la cascade de l’oxygène. Celle-ci se continue au niveau des alvéoles  3- Composition de l’Air alvéolaire Au niveau alvéolaire les fractions des gaz changent : FO2= 14% FCO2= 5,5% N2= 80,5% PAO2 (pression alveolaire en O2) = (760-47) x 0,14= 100 mmHg PACO2 = (760-47) x 0,055= 40 mmHg O2 CO2 N2 Fraction Pression Fraction Pression Fraction Pression Air atmosphérique 0.21 159 0 0 0.79 601 Air inspiré trachéal 0.21 149 0 0 0.79 563 Air expiré 0.175 117 0.035 28 0.8 569 Air alvéolaire 0.14 100 0.055 40 0,8 - II- Les échanges alvéolo-capillaires  1- Introduction L’échangeur pulmonaire est la rencontre de deux circulations : aérienne (alvéolaire) et capillaire (sanguine) pulmonaire ; Il représente le lieu de diffusion de l’oxygène des alvéoles vers le sang, et le dioxyde de carbone (CO2) en sens inverse selon un gradient de pression entre les deux compartiments. Cette étape de diffusion fait suite à la ventilation alvéolaire dans le processus respiratoire. L’hématose fonction principale des poumons est par conséquent définie par l’ensemble des mécanismes physiologiques qui permettent l’enrichissement du sang veineux mêlé en oxygène. L’existence de pathologie perturbant cette diffusion aura des conséquences néfastes sur tout l’organisme tel que l’hypoxie tissulaire et la réduction du métabolisme cellulaire L’échangeur pulmonaire  2- La membrane alveolo-capillaire (MAC) La membrane alvéolocapillaire représente plus de 300millions d’alvéoles et se caractérise par une surface (surface d’échange) considérable comprise entre 50 et 100 m2 pour une épaisseur inférieure à 0.5 micromètre Elle est successivement composée par les structures suivantes : - Film endo alvéolaire (Surfactant) - Epithélium alvéolaire - Interstitium - Membrane capillaire (Endothélium) - Plasma - Membrane du globule rouge La membrane alvéolo-capillaire La membrane alvéolo-capillaire La membrane alvéolo-capillaire  Après avoir traverser l’ensemble de ces couche ( par simple diffusion ) l’oxygène doit réagir chimiquement avec l’hémoglobine pour être fixé puis transporté aux tissus, c’est pour cette raison qu’on ne parle plus de diffusion mais de transfert alvéolocapillaire.  Le transfert des gaz de l'alvéole vers le sang se fait en deux étapes : a – Diffusion membranaire: à travers la membrane alvéolo-capillaire qui présente les caractéristiques d'une très grande surface et d'une faible épaisseur. b- Diffusion sanguine et combinaison chimique avec l’hémoglobine Les gaz rencontrent ainsi deux résistances en série, la membrane et le sang. La différence des pressions partielles entre l'alvéole et les capillaires assure le transfert à travers ces deux résistances.  3- Lois physique de diffusion Le transfert des gaz à travers la barrière alvéolo-capillaire se fait par un mécanisme de diffusion simple : les gaz se déplacent des zones de haute pression vers les zones où la pression est moins élevée. Selon la loi Fick la vitesse de transport d’un gaz à travers une couche de tissu est : - proportionnelle à la surface du tissu - proportionnelle à la différence de pression du gaz de part et d’autre du tissu - inversement proportionnelle à l’épaisseur de la couche tissulaire - proportionnelle à la solubilité du gaz - inversement proportionnelle à la racine carré du poids moléculaire du gaz Loi de Fick  Loi de Fick  S Vgaz  D( P1  P2 ) E S= Surface d’échange (50-100 m2), E= épaisseur de la membrane (0,5 µm), D= Constante de diffusion = solubilité/√PM (PM: Poids moléculaire du gaz) P1-P2 = la différence de pression partielle de part et d’autres de la membrane  4- Diffusion de l’oxygène La diffusion de l’O2 se fait de l’alvéole vers le sang capillaire. La pression partielle de l’O2 dans l’alvéole (PAO2) est en moyenne 100 mmHg, la pression partielle d’oxygène à l’entrée du capillaire pulmonaire (Pression veineuse) est de 40 mmHg : l’oxygène suit donc ce gracient de pression. Le gradient de pression est important (DP = 100 - 40) favorisant la diffusion rapide de l’O2 entre l’alvéole vers le capillaire pulmonaire) Le sang parcourt le capillaire pulmonaire en 0,75 seconde. L’ équilibre des pressions d’O2 est atteint rapidement en 0,25 seconde.  Diffusion de l’oxygène 40 mmHg 100 mmHg 45 mmHg 40 mmHg 0,25 S  Temps de transit et temps d’équilibre Temps de transit: C’est le temps que met le sang veineux arrivant de l’artériole pulmonaire pour parcourir le capillaire pulmonaire avant de pénétrer dans la veinule pulmonaire qui lui fait suite ( égale à 0.75 secondes au repos , il est aux environ de 0.25 secondes à l’exercice physique). Temps d’équilibre: définit par le temps nécessaire pour que les pressions partielles d’oxygène au niveau de l’alvéole et le sang capillaire s’équilibrent (de l’ordre de 0.25 seconde)  5- Diffusion du CO2 La Pression du CO2 à l’entrée du capillaire pulmonaire est égale à environ 45 mmHg, par contre elle est de 40 mmHg au niveau alvéolaire (PACO2 = 40 mmHg) : le CO2 diffuse par conséquent du capillaire vers l’alvéole. Du fait de sa grande solubilité (25 fois supérieure à celle de de l’oxygène), le CO2 diffuse facilement à travers la membrane alvéolocapillaire malgré le faible gradient de pression entre les deux compartiments (45-40 mmHg ). 6- Capacité de diffusion pulmonaire de l’oxygène  S Sol Vgaz  x ( P1  P2 ) E PM S Sol VO 2  x ( PAO2  PcO2) E PM  S Sol VO 2  x ( PAO 2  PcO2) E PM DLO2 PAO2: Pression alvéolaire en O2 PcO2: Pression capillaire en O2 6- Capacité de diffusion pulmonaire de l’O2  VO2  DLO2 ( PAO2  PcO2) VO 2 DLO2  ( PAO 2  PcO2) DLO2 : Capacité de diffusion pulmonaire de l’O2 Elle est définie comme la quantité d’O2 qui diffuse à travers la membrane alvéolo-capillaire en une minute et pour une différence de pression de 1 mmHg de part et d’autre de la membrane. Elle est exprimée en ml /min/mmHg  6- Capacité de diffusion pulmonaire de l’O2 Cette capacité de diffusion est assimilable à une conductance (débit/pression). Actuellement le terme de capacité de transfert du poumon (TL) est préféré à celui de capacité de diffusion (DL), parce que, comme on l’as vu, cette conductance ne dépend pas que de phénomènes de diffusion membranaire. VO 2 TLO2  ( PAO2  PcO2)  7- Mesure de la capacité de transfert Si l’on reprend la formule TLO2 = VO2 (PAO2-Pc O2), le terme PcO2 qui représente la pression capillaire de l’oxygène est très difficile à mesurer. On utilise alors le monoxyde de carbone « CO » qui: - Suit le même trajet que l’oxygène, - Présente une capacité majeur à se fixer à l’hémoglobine (affinité 250 fois supérieure à celle de l’oxygène), - Donc il est absent au niveau capillaire (Pc CO=0) On écrit alors: TL CO = V CO / PA CO - Pc CO TL CO = V CO / PA CO Chez l’homme jeune de 20 ans d’une taille de 1.75 mètres, la TL CO est égale à environ 35 ml/ mn/ mmHg.  8 -Perturbation de la TLCO Augmentation de l’épaisseur de la MAC - Diminutionde la TLCO - Fibrose pulmonaire (exemple: La Covid 19, sclérodermie, polyarthrite rhumatoide….) Diminution de la surface d’échange: - Diminution de la TLCO - Résection pulmonaire (pneumonectomie , cancer du poumon ….) Atteinte vasculaire pulmonaire - Diminution de la DLCO - Emphysème pulmonaire, Embolie pulmonaire  Références Atlas de poche de physiologie H. Guénard: Physiologie Humaine