PHY2 Physiologie respiratoire Cours 5 PDF

PHY2 Physiologie respiratoire Cours analysé n°5 : Transport des gaz dans le sang 2024-2025  Sommaire 1 TRANSPORT DE L’O2 DANS LE SANG............................................................................. 1 1....

PHY2 Physiologie respiratoire Cours analysé n°5 : Transport des gaz dans le sang 2024-2025  Sommaire 1 TRANSPORT DE L’O2 DANS LE SANG............................................................................. 1 1.1 L’oxygène est transporté sous différentes formes................................................................ 1 1.2 L’oxygène dissous est insuffisant pour oxygéner les tissus.................................................. 1 1.3 La plus grande partie de l’oxygène est combiné à l’hémoglobine....................................... 1 1.3.1 Structure et propriétés de l’hémoglobine....................................................................... 1 1.3.2 Les types d’hémoglobine normales................................................................................. 2 1.3.3 Les hémoglobines anormales.......................................................................................... 2 1.3.4 Courbe de dissociation de l’oxyhémoglobine.................................................................. 2 1.3.5 Capacité de transport de l’O 2........................................................................................... 3 1.3.6 Saturation de l’Hb par l’oxygène..................................................................................... 4 1.3.7 Avantages physiologiques de la forme sigmoïde de la courbe de dissociation de l’Hb.. 4 1.3.8 Facteurs abaissant l’affinité de l’Hb pour l’O 2................................................................. 5 1.3.9 Relation entre PO2, SO2 et contenu en O 2 (C O2)................................................................ 5 2 TRANSPORT DU CO2............................................................................................... 6 2.1 CO2 dissous.............................................................................................................................. 6 2.2 CO2 à l’état de bicarbonates................................................................................................... 6 2.3 Relation entre transport de CO2 et équilibre acido-basique................................................ 7 2.4 CO2 sous forme de composés carbaminés............................................................................. 7 2.5 Courbe de dissociation du CO 2 : relation entre le contenu et les pressions partielles de CO2 8 2.6 Effet Haldane ①..................................................................................................................... 8 3 ÉCHANGES GAZEUX SANG-TISSUS................................................................................ 9 3.1 Hypoxie tissulaire : apport inadéquat d’O 2 aux tissus.......................................................... 9 1 Transport de l’O2 dans le sang 1.1 L’oxygène est transporté sous différentes formes Dans le plasma - Sous forme dissoute - Sous forme dissoute Dans les hématies ③ - Sous forme combinée à l’hémoglobine (Hb) en majorité - O2 dissous + O2 lié à l’hémoglobine Contenu du sang en O2 - Exprimé en ml/100ml de sang 1.2 L’oxygène dissous est insuffisant pour oxygéner les tissus Solubilité de l’O2 - α = 0,003 ml d’O2 / 100 ml de sang / mmHg de PO2 à 37°C Contenu en O2 dissous - 0.3 ml/100ml de sang artériel = 0.003 x 100 dans le sang artériel o Car la PO2 dans le sang artériel = 100 mmHg = 13.3 kPa - 15 ml d’O2 /min pour un débit de 5L/min - Insuffisant pour oxygéner les tissus Apport d’O2 maximal o Besoins des tissus ≈ 250 à 300 ml/min au repos ▪ Jusqu’à 4000 ml pour un effort vigoureux 1.3 La plus grande partie de l’oxygène est combiné à l’hémoglobine 1.3.1 Structure et propriétés de l’hémoglobine Rôle - Transport des gaz respiratoires dans le sang Localisation - Exclusivement dans les hématies dont elle donne la couleur rouge Liaison à l’O2 - Réversible - Chez l’homme adulte: 13 à 17 g/dl Concentration ⑥ - Chez la femme adulte : 12 à 16 g/dl - 4 globines : 4 chaînes polypeptidiques ( 1 ,  2, β1, β2) - 4 hèmes : noyaux o Chaque hème comporte un Fe 2+ : atome de fer ferreux à l’état réduit ▪ Chaque Fe 2+ peut se lier de façon réversible avec une molécule d’O2 Constitution ⑤ - Change de conformation spatiale suite à la fixation d’un ligand : l’O2 o Ce qui facilite la fixation d’une 2ème , 3ème puis 4ème molécule d’O2 Molécule allostérique - La dissociation d’une molécule d’O2 facilite la dissociation des suivantes ➔ L’affinite pour l’O2 dépend du degré de saturation de la molécule d’Hb Oxyhémoglobine ① - Hémoglobine liée à l’O2 - Hémoglobine libre de toute molécule d’O2 o Les 4 chaines polypeptidiques : Désoxyhémoglobine ▪ Sont reliées entre elles par des ponts salins ▪ Ont une conformation dans l’espace qui rend l’affinité pour l’O2 faible 2024-2025 PARCOURSMED - 4 Av. de l’Obiou 38700 La tronche 1 1.3.2 Les types d’hémoglobine normales - Hb adulte de type A HbA - 2 chaines α + 2 chaines β - Exemple : HbA1( 2 β2 ) - Hb fœtale - 2 chaines α + 2 chaines γ HbF - HbF ( 2γ2 ) - Remplacée au cours de la 1ère année de vie par l’HbA 1.3.3 Les hémoglobines anormales Causes - Différences dans une chaîne polypeptidique due à des mutations - S : « sickle » ou Faucille - Pathologie : drépanocytose HbS - Affinité diminuée pour l’O2 - Solubilité faible : précipite à l’intérieur du GR o Ce qui donne la forme en faucille 1.3.4 Courbe de dissociation de l’oxyhémoglobine - Petite quantité de sang dans un tonomètre = récipient en verre Obtention - En présence de gaz à différentes P O2 - En sigmoïde Variations - Plus la PO2 diminue : o Moins il y a d’O2 dans le sang 2024-2025 PARCOURSMED - 4 Av. de l’Obiou 38700 La tronche 2 1.3.5 Capacité de transport de l’O2 - Pouvoir oxyphorique en conditions optimales : 1g d’Hb peut fixer 1.39 mL d’O2 Pouvoir o Pour une concentration en Hb de 15 g/dl : 15 x 1.39 = 20.8 ml d’O2/100ml oxyphorique de l’Hb - Pouvoir oxyphorique effectif : ≈ 1.34 < 1.39 mL d’O2 o A cause de la petite quantité d’Hb non fonctionnelle - Méthémoglobine o Ion ferreux oxydé en Fe 3+ ▪ Ne peut pas fixer l’oxygène Hb non - Carboxyhémoglobine = HbCO fonctionnelle ① o Hb qui a fixé du monoxyde de carbone (CO) ▪ A une affinité beaucoup plus élevée que celle de l’O2 ▪ Se fixe de manière quasi irréversible - Quantité maximum d'O2 pouvant se lier à l'Hb - Dépend de la concentration en Hb Capacité en O2 - Mesurée : o En exposant le sang à une P O2 très élevée ≈ 600 mmHg o En mesurant le contenu en O 2 en y soustrayant l’O2 dissous Capacité effective - = 1,39 x ([Hb] totale – [Hb]non fonctionnelle) en O2 - ≈ 1.34 x [Hb] totale - Somme de l’O2 dissous et de l’O2 combiné à l’Hb Contenu en O2 - En supposant que toute l’Hb est fonctionnelle 2024-2025 PARCOURSMED - 4 Av. de l’Obiou 38700 La tronche 3 1.3.6 Saturation de l’Hb par l’oxygène O2 combiné avec l'Hb SO2 = Formule ① capacité en O2 - Exprimée en % Dans le sang artériel - 97.5% pour une PO2 = 100 mmHg Dans le sang veineux - 75 % pour une PO2 = 40 mmHg - PO2 nécessaire pour saturer l’Hb à 50% P50 - = 27 mm Hg en conditions normales - Hb saturée en O2 : rouge vif Définit la couleur de - Hb désaturée en O2 : violacée l’Hb - La couleur permet de mesurer le taux de saturation de l’Hb o Grâce à un capteur transcutané - Quand la concentration en Hb désaturée augmente dans les tissus Cyanose - Coloration violacée de la peau et des muqueuses - Augmentation de P O2 n’affecte pas PO2 > 100 mmHg SO2 - Toute l’Hb est saturée - Diminution de P O2 diminue peu la 60 > PO2 > 100 mmHg SO2 - Presque toute l’Hb est saturée - Diminution de P O2 diminue PO2 < 60 mmHg beaucoup la SO2 1.3.7 Avantages physiologiques de la forme sigmoïde de la courbe de dissociation de l’Hb Pour des PO2 correspondant - Grande affinité de l’Hb pour l’O 2 au sang artériel Pour des PO2 correspondant - Faible affinité de l’Hb pour l’O2 au sang veineux - Favorise la libération de l’O 2 dans les tissus 2024-2025 PARCOURSMED - 4 Av. de l’Obiou 38700 La tronche 4 1.3.8 Facteurs abaissant l’affinité de l’Hb pour l’O 2 Provoquent - Déplacement de la courbe de dissociation vers la l’augmentation droite de la P50 ① - Augmentation de la PCO2 du sang artériel - Acidose : baisse du pH sanguin par accumulation de H+ Modifient les o Agit sur les ponts salins qui relient les chaines de l’Hb entre elles conditions à - Augmentation de la température l’intérieur du - ↗ 2,3 DPG (DiPhosphoGlycérate) globule rouge o Métabolite de la glycolyse anaérobie dans les érythrocytes ⑦ o Augmente en cas d’hypoxie chronique ▪ Altitude ou maladie pulmonaire chronique 1.3.9 Relation entre PO2 , SO2 et contenu en O2 (CO2) - CO2 : o Dépend de [Hb] Dépendance des o Dépend de la PO2 paramètres - SO2 : o Ne dépend pas de [Hb] o Dépend de la PO2 - Diminution du taux d’Hb, à 10 g/dl par exemple - Poumons normaux Anémie - PO2 artérielle normale = 100 mmHg ➔ CO2 diminue car il y a moins de molécules de transport ➔ SO2 ne varie pas - Augmentation du nombre de globules rouges o Augmentation du taux d’Hb dans le sang = 20 g/dl dans l’exemple - PO2 artérielle normale = 100 mmHg Polyglobulie ③ ➔ CO2 augmente ➔ SO2 ne varie pas ➔ Capacité de transport de l’O 2 augmente 2024-2025 PARCOURSMED - 4 Av. de l’Obiou 38700 La tronche 5 2 Transport du CO2 - Dissoute o 5 % dans le sang artériel o 10 % dégagé au niveau pulmonaire - À l’état de bicarbonates Sous 3 formes o 90 % dans le sang artériel o 60 % dégagé au niveau pulmonaire - Sous forme de composés carbaminés o 5 % dans le sang artériel o 30 % dégagé au niveau pulmonaire 2.1 CO2 dissous - Dans le plasma Localisations ② - Dans les globules rouges - Beaucoup plus significatif que pour l’O 2 Rôle dans le transport de CO2 o Car le CO2 est beaucoup plus soluble % du transport de CO2 - 10% 2.2 CO2 à l’état de bicarbonates ③ % du transport de CO2 ① - 60% - Formé par combinaison entre le CO2 et l’eau Acide carbonique o Réaction lente dans le plasma H 2CO3 o Réaction rapide dans les globules rouges ▪ Grâce à l’anhydrase carbonique - Formé par dissociation de l’acide carbonique en : o Anion bicarbonate : Bicarbonate ▪ Diffuse en dehors du globule rouge HCO3- o Ion H + : ▪ Retenu par la membrane du globule rouge - Maintient la neutralité dans le globule rouge Effet Hamburger ① o Par échange d’un anion bicarbonate contre un ion chlorure Cl- - Diminue l’affinité de l’Hb pour l’O2 (voir 1.3.8) Effet Bohr ② o Par liaison d’une partie des H + à l’Hb ▪ Car l’Hb réduite = sans O2 a une grande affinité pour les H+ 2024-2025 PARCOURSMED - 4 Av. de l’Obiou 38700 La tronche 6 2.3 Relation entre transport de CO2 et équilibre acido-basique - Permettent de résister aux variations du pH des liquides organiques o En libérant des H+ → agissent comme des acides quand le pH augmente Systèmes tampon o En fixant des H+ → agissent comme des bases quand le pH diminue - pH = -log[H+] Système tampon - Système tampon le plus important de l’organisme bicarbonate/acide - CO2 + H2O ⇋ H2CO3 ⇋ H+ + HCO3- carbonique - Hyperventilation : augmentation de l’élimination de CO2 o L’équilibre se déplace vers la gauche : fixe des H+ Rôle de la ➔ Alcalose respiratoire ventilation - Hypoventilation : diminution de l’élimination de CO2 alvéolaire ② o L’équilibre se déplace vers la gauche : produit des H+ ➔ Acidose respiratoire 2.4 CO2 sous forme de composés carbaminés - Par combinaison du CO2 avec les groupes amines terminaux des protéines o Dans le plasma Formation o Ou dans les globules rouges - Réaction rapide : ne nécessite pas d’enzyme - Combinaison du CO2 avec la globine Carbamino- o Protéine la plus abondante de l’Hb hémoglobine ③ o Réaction favorisée par l’effet Haldane (voir 2.6) 2024-2025 PARCOURSMED - 4 Av. de l’Obiou 38700 La tronche 7 2.5 Courbe de dissociation du CO 2 : relation entre le contenu et les pressions partielles de CO 2 - Courbe beaucoup plus linéaire - Courbe plus pentue qui permet de : Comparaison avec o Capter le CO2 dans les tissus l’O2 o Libérer le CO2 dans le poumon o Pour une variation de P CO2 de 5 mmHg environ - SO2 élevée = 97.5 % Sang artériel o Le sang capte moins de CO2 ➔ Diminution du contenu en CO2 - SO2 diminue = 70 % Sang veineux o Le sang capte plus de CO2 ➔ Augmentation du contenu en CO2 2.6 Effet Haldane ① - Dans les tissus : libération d’O2 par l’Hb facilite la captation de CO 2 Signification - Dans les poumons : captation de l’O2 par l’Hb favorise la libération de CO 2 - Réduction de la liaison des H+ dans les tissus Mécanisme o Facilite la captation du CO2 sous forme de bicarbonate - Plus grande capacité de l’Hb réduite à former la carbamino-Hb 2024-2025 PARCOURSMED - 4 Av. de l’Obiou 38700 La tronche 8 3 Échanges gazeux sang-tissus Par simple diffusion - Entre le sang capillaire et les tissus - Entre 2 capillaires musculaires par exemple : o 50 µm au repos Distance de o Diminue à l’exercice à cause de : diffusion ▪ La vasodilatation artériolaire ▪ L’augmentation de la perfusion musculaire - Déterminée par l’équilibre entre : o Apport capillaire o Utilisation tissulaire : ▪ Consommation dans les mitochondries ▪ Stockage par la myoglobine dans les muscles - Au repos : équilibre adéquat PO2 tissulaire - A l’effort : situation critique o Utilisation augmentée de l’O 2 ▪ A cause de l’augmentation du métabolisme cellulaire ▪ Tout juste compensée par l’augmentation de la perfusion - Equilibre inadéquat : o Si l’utilisation de l’O2 dépasse l’apport par perfusion sanguine 3.1 Hypoxie tissulaire : apport inadéquat d’O 2 aux tissus Apport en O2 - = Q̇(débit sanguin) × CaO2 (contenu artériel en O2 ) - En cas d’hypoxémie : baisse de la P O2 dans le sang artériel résultant : o D’une hypoventilation alvéolaire Diminution de CaO2 o D’une anomalie de la diffusion à travers la membrane capillaro-alvéolaire ② o D’inégalités dans le rapport ventilation/perfusion o D’une baisse de la P IO2 (pression partielle d’O 2 dans l’air inspiré) ▪ Due à la baisse de la pression barométrique en altitude par exemple Diminution de la - Anémie : moins de molécules de transport capacité de - En présence d’Hb non fonctionnelle transport de l’O2 o Exemple : intoxication au monoxyde de carbone Diminution du débit - Choc hémodynamique sanguin tissulaire o Exemple : pompe cardiaque défaillante - Intoxication au cyanure par exemple Diminution de la o Bloque le cytochrome oxydase BCEL1 dans la chaine respiratoire capacité du tissu à mitochondriale utiliser l’oxygène ▪ Bloque l’utilisation de l’O 2 pour produire de l’ATP 2024-2025 PARCOURSMED - 4 Av. de l’Obiou 38700 La tronche 9