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Les Échanges Gazeux L. TUAL Réanimation polyvalente SAR Pr Gilles DHONNEUR CHU Jean Verdier 01/2007

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1 Les Échanges Gazeux L. TUAL Réanimation polyvalente SAR Pr Gilles DHONNEUR CHU Jean Verdier 01/2007

2 Objectifs de lenseignement : Connaître les déterminants des échanges gazeux.

3 Les échanges gazeux : Problématique du Transport de lO 2 et du CO 2 de lorganisme unicellulaire à lanimal du règne « supérieur ». Étape 1: convection ventilatoire Étape 2 : diffusion alvéolo-capillaire Étape 3 : convection circulatoire Étape 4 : diffusion capillaro-cellulaire

4 La convection ventilatoire Espace mort Alvéole

5 La convection ventilatoire Calculs (V D = 150 ml) 10 l/min = 10 x 1 = 10 x 0, x 0,85 = 1,5 + 8,5 10 l/min = 20 x 0,5 = 20 x 0, x 0,35 = 3 + 7

6 La convection ventilatoire La mécanique ventilatoire : i. Inspiration: forces élastiques, compliance, courbes pression-volume statique ii. Expiration: forces résistives, linéarité, pressions et débits

7 Mécanique inspiratoire Plèvre pulmonaire Cavité pleurale Plèvre pariétale Diaphragme ± 1 à 10 cm

8 Mécanique inspiratoire Léquation des gaz parfaits: P 1 V 1 = P 2 V 2 = constante Si V 2 alors P 2 P0P0 P0P0 P0P0 P -5cmH2O p = 0 p = -5cmH 2 O

9 La compliance thoraco-pulmonaire La compliance = pente de la courbe pression- volume ou la variation de volume par unité de pression. La compliance spécifique = compliance par unité de volume pulmonaire.

10 La compliance thoraco-pulmonaire Une hystérésis, compliance différente du fait dune tension superficielle liée au surfactant, variable entre linspi- et lexpiration

11 La compliance thoraco-pulmonaire Neergard a montré que les poumons gonflés avec une solution saline avaient une compliance plus grande et une hystérésis moindre. La tension superficielle représente une part importante de la force de rétraction du poumon, quil faut vaincre à linspiration.

12 La convection ventilatoire La mécanique ventilatoire : i. Inspiration: forces élastiques, compliance, courbes pression-volume statique ii. Expiration: forces résistives, linéarité, pressions et débits

13 Lors de lexpiration, les forces de rétraction pulmonaire sont supérieures à celles de dilatation thoracique donc le volume du système thoraco-pulmonaire diminue Si V 2 alors P 2 P0P0 P0P0 P0P0 P 5cmH2O p = 0 p = +5cmH 2 O Mécanique expiratoire

14 Ce qui soppose au débit expiratoire cest les résistances bronchiques totales (R tot. ).

15 Mécanique expiratoire Courbe débit-volume Débit (l/s) Volume (l)

16 Déterminants de loxygénation artérielle *I - P. barométrique, F i O 2 P inspirée O 2 = (P baromet -P H 2 O ) x F i O 2

17 Déterminants de loxygénation artérielle *I - P. barométrique, F i O 2 Quel effet de laltitude ? P inspirée O 2 = (P baromet -P H 2 O ) x F i O 2

18 Latmosphère GazTeneurPression partielle Oxygène 20,95 %159,22mm Hg(20,9 kPa) Dioxyde de carbone 00,03 %000,228mm Hg(0,03 kPa) Azote 78,08 %593,41mm Hg(78,1 kPa) Argon 00,93 %007,07mm Hg(0,93 kPa) Pression partielle = % x pression atmosphérique Pressions partielles

19 Pression atmosphérique Everest Mt Blanc

20 Déterminants de loxygénation artérielle *II - Équation des gaz alvéolaires

21 Le quotient respiratoire Le rapport entre CO2 produit et O2 consommé! Pour brûler C et H O2, or: AG = CH3-(CH2)n-COOH (n= 4 à 26) Glucose = C CC C C O H OHOH H HOHO H H OHOH OHOH CH 2 OH H

22 Calculs Quelle est la P A O 2 au sommet de lEverest ? P bar = 236,3 mmHg/P H 2 0 trachéale = 47 mmHg Si P A CO 2 = 40 mmHg P A O 2 = (236,3-47)x0,21-(40/0,8) = - 10 mmHg Si P A CO 2 = 8 mmHg P A O 2 = (236,3-47)x0,21-(8/0,8) = 29,75 mmHg

23 Calculs Si P bar = 253 (+ 17) mmHg au sommet de lEverest ? P A O 2 = (253-47)x0,21-(8/0,8) = 33,26 mmHg + 11, 8 % dO2! (+ 3,51 mmHg) Si QR = 1,0 P A O 2 = (253-47)x0,21-(8/1,0) = 35,26 mmHg

24 La diffusion alvéolo-capillaire CO 2 O2O2 Échanges alvéolo-capillaires doxygène et de CO 2

25

26 La diffusion alvéolo-capillaire Diffusion selon un gradient de pression La Loi de Fick: S=surface ( m 2 ), E=épaisseur (0,5 µm), D=cte de diff. et P1-P2 la différence de pression partielle.

27 Trouble de diffusion et effort Au repos, 0,75 s mais le temps baisse à leffort!

28 Physiologie respiratoire *III - Le shunt Qs Exprimé en pourcentage du débit total

29 Hétérogénéité ventilation-perfusion; shunt et espace mort Rapports ventilation-perfusion 2 31 VQVQ = 0 VQVQ = 1. Alvéole ventilé mal perfusé (effet espace mort). 2. Alvéole perfusé mal ventilé (effet shunt). 3. Alvéole ventilé et perfusé (compartiment « idéal « ) QTQT Qs

30 Calcul du débit de shunt Épreuve à FiO2 = 1 Q T x CaO 2 = Qs x CvO 2 + (Q T -Qs) x CcO 2 Q T x CaO 2 = Qs x CvO 2 + Q T x CcO 2 – Qs x CcO 2 Q T x CaO 2 – Q T x CcO 2 =Qs x CvO 2 – Qs x CcO 2 Q T x (CaO 2 - CcO 2 ) = Qs x (CvO 2 – CcO 2 )

31 Calcul du débit de shunt Épreuve à FiO2 = 1 PcO 2 = P A O 2, ScO 2 = SaO 2 = 100%

32 Calcul du débit de shunt Épreuve à FiO2 = 1 P A O 2 = (P Atm O mmHg – P A Co 2 ), différence artério- veineuse non mesurée Résultats rendus en une fourchette en fraction ou pourcentage

33 La convection circulatoire *IV – Le transport artériel en O 2 (TaO 2 ) Si CaO2 alors Qc Jusquoù une baisse du CaO 2 doit elle être tolérée ?

34 Le contenu artériel en O 2 CaO 2 = x SaO 2 x [Hb] + x PaO 2 pouvoir oxyphorique de lHb : = 1,39 mlO2.gHb -1 coefficient de solubilité de lO 2 dans le plasma : = 0,003 mlO 2.mmHg ml -1 plasma

35 Le contenu artériel en O 2 Calculs: Pour Hb 10 et PaO 2 = 150 CaO 2 = 1,39 x 10 x 1 + 0,003 x 150 = 14,35 Pour Hb 2,5 et PaO 2 = 600 CaO 2 = 1,39 x 2,5 x 1 + 0,003 x 600 = 5, 28!

36 Physiologie respiratoire *V - Distribution périphérique Courbe de dissociation de lHb…

37 La courbe de dissociation de lO 2 O 2 O 2 O 2 O 2 O 2 O 2 O 2 O 2- Hb - O 2 O 2 O 2 O 2- - O 2 O 2 xx O 2- Hb - O 2 O 2 O 2 Oxygène fixé et oxygène dissous % SAT PaO 2 Courbe de dissociation de loxygène Pressions partielles en oxygène dans le sang T°, CO 2, 2-3DPG pH Effet Bohr

38 La physiologie du CO 2 Origine du CO 2 éliminé : dissous (10%), sous forme de bicarbonate (60%) et dhémoglobine carbaminée (30%). Loxydation de lHb (fixation dO 2 ) facilite le re- largage du CO 2 (Effet Haldane).

39 Équation de Bohr V T x F ExpiCO 2 = V A x F A CO 2 V T = V D + V A V A = V T - V D Et parce que Fraction et Pression sont proportionnelles

40 Équation de Bohr Ainsi il est possible destimer lespace mort en labsence de gradient alvéolo-artériel : P A CO 2 = Pa CO 2 Espace mort (E ) = espace anatomique, alvéolaire et instrumental.

41 Les capnographes Side-Stream Analyse dun prélèvement continu de 50 à 500 ml/min (Pédiatrie et circuits fermés!) Valeurs « moyennées » Main-Stream Adapté aux seuls circuits des ventilateurs sauf 1.

42 Le capnogramme Espace anatomique Espace alvéolaire Gaz alvéolaire EXPIRATION CO 2 TEMPS PETCO2 PECO2

43 Lespace mort alvéolaire Il croit entre autre avec la PEP et en cas dEP… Il peut être calculé avec léquation de Bohr:

44 Physiologie respiratoire *VI - Régulation de la respiration Chémorécepteurs périphériques et centraux, centres ventilatoires, « stimulus ventilatoires »

45 Régulation de la respiration La ventilation du sujet sain: CO 2 ! *PaCO 2 40 ± 2 mmHg *pH 7,40 ± 0,02 Lhypoxémie ? Un stimulus si PaO 2 < 60 mmHg!

46 Bibliographie Physiologie respiratoire. John B. WEST, éditions Pradel Physiopathologie respiratoire. John B. WEST, éditions Pradel Physiologie en anesthésiologie FEEA, éditions Pradel Exploration fonctionnelle pulmonaire. Jack WANGER, éditions MASSON-Williams & Wilkins Nunns Applied Respiratory Physiology, éditions Butterworth/Heinemann


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