Les Gaz Du Sang - Biologie Fondamentale UE 2.1 - 2010 PDF

Biologie fondamentale UE 2.1-2010 Les gaz du sang O2, CO2 et CO C et N vers les molécules organiques Vasiliki Gkalea Praticien Hospitalier Service d’Hématologie Biologique Hôpital Tenon  Objectifs pédagogiques Items :  Comprendre les...

Biologie fondamentale UE 2.1-2010 Les gaz du sang O2, CO2 et CO C et N vers les molécules organiques Vasiliki Gkalea Praticien Hospitalier Service d’Hématologie Biologique Hôpital Tenon  Objectifs pédagogiques Items :  Comprendre les echanges gazeux et la respiration cellulaire  Connaître les paramètres de mesure des gaz du sang  Avoir la notion du stress oxydatif  Connaître les principaux dérivés azotés impliqués dans la respiration  Le dioxygene,O2 : gaz indispensable à la vie  L'air atmosphérique contient  21% de dioxygene habituellent appelé Oxygène, O2  78% d‘azote, N ( biologiquement inerte)  De très petites concentrations de dioxyde de carbone (CO2), de gaz inertes et de vapeur d'eau  Le O2 est indispensable à toutes les cellules de l'organisme  L'O2 est un gaz inodore, incolore extrait de l'air ambiant par la ventilation pulmonaire  Les cellules consomment l'O2 afin de produire de l'énergie et produisent de CO2: c'est la respiration cellulaire  Etapes de la respiration Atmosphere 1. Ventilation : échange d'air entre l'atmosphère et les alvéoles O2 CO2 1. Ventilation 2. Échange gazeux entre gaz alvéolaires et sang dans les capillaires pulmonaires Alveole 2.Echange gazeux 3. Transport d'O2 et de CO2 dans la circulation pulmonaire et O2 CO2 systémique Capillaires pulmonaires 4. Echange gazeux entre sang des Coeur droit Coeur gauche capillaires tissulaires et cellules 3. Transport des gaz 5. Respiration cellulaire: Utilisation O2 CO2 cellulaire d'O2 et production de CO2 4.Echange gazeux Cellules Physiologie humaine, E.P WIDMAIER H.RAFF, K.T.STRANG 5. Respiration cellulaire  Pression partielle des gaz  Chaque molécule de gaz exerce une pression qui s’appelle pression partielle (P)  i.e. Pression partielle d'oxygène dans le sang artériel : PaO2  Pression atmosphérique = la somme des pressions partielles de tous les gaz  Pression atmospherique au niveau de la mer : 760mmHg  PO2 de l'air atmosphérique au niveau de la mer : 21% x 760mmHg = 160 mmHg Les echanges gazeux au niveau des alveoles pulmonaires (1) Les 2 poumons gauche et droit sont constitué de petit sacs contenant de l’air appelés alvéoles Les vaisseaux sanguins pulmonaires suivent et se divisent en réseaux de capillaires qui assurent une riche vascularisation des alvéoles  Les echanges gazeux au niveau des alveoles pulmonaires (2) L'oxygène traverse la paroi alveolaire selon un gradient de pression et rejoint la circulation sanguine Air atmosphérique PO2 : 160mmHg Air alveolaire PO2 : 105mmHg Paroi alvéolaire Sang arteriel entrant dans le poumon PO2 : 100mmHg http://biocellulaire.blogspot.fr  Transport de l’oxygène par les globules rouges (1) L'O2 est transporte jusqu'aux cellules par l'hémoglobine des globules rouges (98%) et pour faible part en O2 dissous (2%) L'hemoglobine (Hb) est une proteine constituee : de 4 chaînes de globine (2 ch.alpha et 2 ch beta) 1 molecule d’heme par chaine de globine portant en son centre un atome de Fe++ qui fixe l’oxygene  Transport de l’oxygène par les globules rouges (2) La quantité totale d'oxygène transportée par l'Hb dans le sang dépend  du pourcentage de saturation de l‘Hb  de la quantité d‘Hb contenue par litre de sang La concentration moyenne d’Hb est 14g/dl chez la femme et 16g/dl chez l’homme Quand le sang d'un sujet contient moins d‘Hb que la normale le contenu d'oxygène dans le sang est également diminué= anémie  Diminution du taux d'oxygène Hypoxémie : diminution de la quantite d'O2 dans le sang Hypoxie : diminution de l'apport d'O2 aux cellules Anoxie : diminution très importante de l'apport d'O2 aux tissus La diminution du taux d'oxygène a des conséquences graves : souffrance cellulaire , ischemie, infarctus.... Adaptation : hyperventilation, tachycardie, augmentation de la production des globules rouges Exemples de causes d'hypoxie : Acclimatation à la haute altitude Tabagisme chronique infections pulmonaires  Hypoxie en haute altitude La pression atmosphérique diminué progressivement quand on monte en altitude Evererest 253mHg vs niveau de la mer 760 mmHg Une baisse de la PO2 de l'air inspiré diminue la PO2 alvéolaire Mal des montagnes: Essoufflement céphalées, nausées vomissements,insomnie perturbations mentales  Le dioxyde de carbone Dioxyde de carbone : CO2 HbCO2 : carbhémoglobine - Il est produit par respiration cellulaire - Ce CO2 est transporté pour 25% par l‘Hb (le reste l'est par les bicarbonates) - La fixation du CO2 sur l’ Hb facilite la délivrance de l'O2 aux cellules Transport du CO2 dans le sang (1) Le CO2 produit par les tissus corporels diffuse dans le sang. Plus de 90% du CO2 diffuse dans les globules rouges et 7% est sous forme de CO2 dissous. Une partie du CO2 est captée et transportée par l`Hb La majeure partie du CO2 réagit avec l`eau dans les globules rouges formant le H2CO3 qui se dissocie en ion HCO3 - et en H+ Biologie N. Campbell & J. Reece, 7e ed° Transport du CO2 dans le sang (2) La majeure partie du HCO3- diffuse dans le plasma où la circulation sanguine l`entraine vers les poumons. Dans les poumons le HCO3- diffuse du plasma vers les globules rouges en se combinant avec les H+ libérés par l`Hb et formant de H2CO3. Le H2CO3 est transformé de nouveau en CO2 et en eau et diffuse dans l`alveole pulmonaire d` où il est expulsé pendant l`expiration Biologie N. Campbell & J. Reece, 7e ed°  Le monoxyde de carbone Monoxyde de carbone : CO HbCO : carboxyhémoglobine Gaz incolore, inodore, mortel Libéré lors des combustions incomplètes Fixation du CO à la place de l'O2 sur le site ferreux (Fe2+) du fer de l'hème L'hémoglobine a plus d’affinité pour le CO=> O2 ne peut plus ne peut plus se fixer Anoxie cellulaire => céphalées, nausées, coma, décès Traitement : caisson hyperbare (O2 pur a pression >> pression atmosphérique)  La respiration cellulaire Les cellules utilisent l'oxygène apporté par l'hémoglobine pour aboutir à la production d‘énergie par un mécanisme : L'oxydo-réduction L'oxygène joue le rôle d'un comburant Les carburants sont le glucose, les acides gras, (les protéines) On parle aussi de « respiration cellulaire »  L’ATP-donneur d’énergie (1) Les mitochondries de la cellule stockent l’énergie essentiellement dans les molécules d’ATP L'ATP possède 2 liaisons riches en énergie entre 2 groupes phosphates (liaisons anhydres) NH2 liaisons N anhydride N d’acide liaison O O O ester N N O-P O-P O-P O CH2 O O O O Adénosine 5’-monophosphate = AMP Adénosine 5’-diphosphate = ADP Adénosine 5’-triphosphate = ATP  L’ATP-donneur d’énergie (2) En hydrolysant (en coupant) ces liaisons, l'ATP va fournir de l‘énergie à la cellule pour des réactions métaboliques. L’ATP consommé doit être régénéré. Cette régénération est possible par la dégradation de “carburants “. Si le carburant est le glucose : + glycolyse Si le carburant acide gras : + beta-oxydation  Le métabolisme énergétique La glycolyse et la beta-oxydation sont une suite de réactions permettant de synthétiser de l’ATP. Le produit final de ces réaction est l’acetyl CoA. Il est ensuite métabolisé par le cycle de l’acide citrique (cycle de Krebs) qui produit du NADH et du CO2. Des électrons de haute énergie provenant du NADH sont ensuite transmis à l’oxygène par la chaine respiratoire située dans la membrane interne produisant de l’ATP BIOLOGIE MOLECULAIRE DE LA CELLULE, Edition médecine sciences  Le stress oxydatif Les réactions d'oxydation dans les peroxysomes (organites cellulaires) génèrent du peroxyde d'hydrogène : H2O2 et des radicaux libres Toxiques pour les constituants cellulaires Les dommages tissulaires sont limites par la présence endogène des enzymes anti-oxydantes L'alpha-tocopherol (Vitamine E) et l'acide ascorbique (Vitamine C) sont de puissants antioxydants  Mesure des gaz du sang Prise de sang artériel On mesure:  La pression partielle d'oxygène: PaO2 (Normes: 86-100mmHg)  La pression partielle du dioxyde de carbone: PaCO2 (Normes: 38-42%)  Le pH (Normes: 7,38 - 7,42)  La saturation artérielle en O2 (Normes: 97%) Indications: anomalies de l’oxygénation du sang et l’équilibre acido-basique sanguin i.e. insuffisance respiratoire chronique et aiguë Sémiologie, Marc Garnier, S-éditions  L'AZOTE et ses dérivés (1) Azote = N L'air contient 78% de diazote N2 Entre dans la composition de nombreuses molécules organiques : − acides amines − acides nucléiques (ADN et ARN) − certains lipides (phospholipides) Le monoxyde d'azote NO cellulaire : − Est Synthétisé à partir d'Arginine − Second messager chimique (vasodilatateur) − En thérapie : inhalation pour réduire l'hypertension artérielle pulmonaire  L'AZOTE et ses dérivés (2) L'ammoniac NH3 : gaz incolore très odorant et Irritant L'ammonium NH4OH ou NH4 + en solution aqueuse la désamination des acides amines libère – NH3 + toxique, eliminé sous forme d'urée dans les urines Pathologie : Déficit héréditaire pour une enzyme du cycle de l'urée donnant une hyperammoniémie et coma  Bibliographie PHYSIOLOGIE HUMAINE, Les mécanismes du fonctionnement de l’organisme, Editions Malone 5e édition BIOLOGIE MOLECULAIRE DE LA CELLULE Edition médecine sciences, 3ème édition  Contenu pédagogique : Vasiliki Gkalea Charte graphique : MédiTICE Ingénierie pédagogique : Karima Sekri