Réanimation polyvalente Les Échanges Gazeux L. TUAL Réanimation polyvalente SAR Pr Gilles DHONNEUR CHU Jean Verdier http://www.airway-educ.org 01/2007

Objectifs de l’enseignement : Connaître les déterminants des échanges gazeux.

Les échanges gazeux : Problématique du Transport de l’O2 et du CO2 de l’organisme unicellulaire à l’animal du règne « supérieur ». Étape 1: convection ventilatoire Étape 2 : diffusion alvéolo-capillaire Étape 3 : convection circulatoire Étape 4 : diffusion capillaro-cellulaire

La convection ventilatoire Espace mort Alvéole

La convection ventilatoire Calculs (VD = 150 ml) 10 l/min = 10 x 1 = 10 x 0,15 + 10 x 0,85 = 1,5 + 8,5 10 l/min = 20 x 0,5 = 20 x 0,15 + 20 x 0,35 = 3 + 7

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

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

Mécanique inspiratoire P-5cmH2O p = 0 p = -5cmH2O L’équation des gaz parfaits: P1V1 = P2V2 = constante Si V2  alors P2 

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.

La compliance thoraco-pulmonaire Une hystérésis, compliance différente du fait d’une tension superficielle liée au surfactant, variable entre l’inspi- et l’expiration

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, qu’il faut vaincre à l’inspiration.

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

Mécanique expiratoire P5cmH2O p = 0 p = +5cmH2O Lors de l’expiration, les forces de rétraction pulmonaire sont supérieures à celles de dilatation thoracique donc le volume du système thoraco-pulmonaire diminue Si V2  alors P2 

Mécanique expiratoire Ce qui s’oppose au débit expiratoire c’est les résistances bronchiques totales (Rtot.).

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

Déterminants de l’oxygénation artérielle I - P. barométrique, FiO2 PinspiréeO2 = (Pbaromet-PH2O) x FiO2

Déterminants de l’oxygénation artérielle I - P. barométrique, FiO2 Quel effet de l’altitude ? PinspiréeO2 = (Pbaromet-PH2O) x FiO2

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

Pression atmosphérique Mt Blanc Everest

Déterminants de l’oxygénation artérielle II - Équation des gaz alvéolaires

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 O H OH HO CH2OH

Calculs Quelle est la PAO2 au sommet de l’Everest ? Pbar = 236,3 mmHg/PH20 trachéale = 47 mmHg Si PACO2 = 40 mmHg PAO2 = (236,3-47)x0,21-(40/0,8) = - 10 mmHg Si PACO2 = 8 mmHg PAO2 = (236,3-47)x0,21-(8/0,8) = 29,75 mmHg

Calculs Si Pbar = 253 (+ 17) mmHg au sommet de l’Everest ? PAO2 = (253-47)x0,21-(8/0,8) = 33,26 mmHg + 11, 8 % d’O2! (+ 3,51 mmHg) Si QR = 1,0 PAO2 = (253-47)x0,21-(8/1,0) = 35,26 mmHg

La diffusion alvéolo-capillaire Échanges alvéolo-capillaires d’oxygène et de CO2 CO2 O2

Membrane alvéolaire capillaire Alvéole O 2 CO Membrane

La diffusion alvéolo-capillaire Diffusion selon un gradient de pression La Loi de Fick: S=surface (50-100 m2), E=épaisseur (0,5 µm), D=cte de diff. et P1-P2 la différence de pression partielle.

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

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

Hétérogénéité ventilation-perfusion; shunt et espace mort Rapports ventilation-perfusion 2 V Q V Q = = 0 3 1 Qs QT 1. Alvéole ventilé mal perfusé (effet espace mort). 2. Alvéole perfusé mal ventilé (effet shunt). 3. Alvéole ventilé et perfusé (compartiment « idéal « )

Calcul du débit de shunt Épreuve à FiO2 = 1 QT x CaO2 = Qs x CvO2 + (QT-Qs) x CcO2 QT x CaO2 = Qs x CvO2 + QT x CcO2 – Qs x CcO2 QT x CaO2 – QT x CcO2 =Qs x CvO2 – Qs x CcO2 QT x (CaO2 - CcO2) = Qs x (CvO2 – CcO2)

Calcul du débit de shunt Épreuve à FiO2 = 1 PcO2 = PAO2, ScO2 = SaO2= 100%

Calcul du débit de shunt Épreuve à FiO2 = 1 PAO2 = (PAtmO2 - 47 mmHg – PACo2), différence artério-veineuse non mesurée Résultats rendus en une fourchette en fraction ou pourcentage

La convection circulatoire IV – Le transport artériel en O2 (TaO2) Si CaO2  alors Qc  Jusqu’où une baisse du CaO2 doit elle être tolérée ?

Le contenu artériel en O2 CaO2 =  x SaO2 x [Hb] +  x PaO2   pouvoir oxyphorique de l’Hb :  = 1,39 mlO2.gHb-1 coefficient de solubilité de l’O2 dans le plasma :  = 0,003 mlO2.mmHg-1.100ml-1 plasma

Le contenu artériel en O2 Calculs: Pour Hb 10 et PaO2 = 150 CaO2 = 1,39 x 10 x 1 + 0,003 x 150 = 14,35 Pour Hb 2,5 et PaO2 = 600 CaO2 = 1,39 x 2,5 x 1 + 0,003 x 600 = 5, 28!

Physiologie respiratoire V - Distribution périphérique Courbe de dissociation de l’Hb…

La courbe de dissociation de l’O2 - Hb xx Oxygène fixé et oxygène dissous % SAT PaO Courbe de dissociation de l’oxygène Pressions partielles en oxygène dans le sang T°, CO2, 2-3DPG pH Effet Bohr

La physiologie du CO2 Origine du CO2 éliminé : dissous (10%), sous forme de bicarbonate (60%) et d’hémoglobine carbaminée (30%). L’oxydation de l’Hb (fixation d’O2) facilite le re-largage du CO2 (Effet Haldane).

Équation de Bohr VT x FExpiCO2 = VA x FACO2 VT = VD + VA  VA = VT - VD Et parce que Fraction et Pression sont proportionnelles

Équation de Bohr Ainsi il est possible d’estimer l’espace mort en l’absence de gradient alvéolo-artériel : PACO2 = PaCO2 Espace mort (E†) = espace anatomique, alvéolaire et instrumental.

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

Le capnogramme CO2 Espace † alvéolaire Gaz alvéolaire EXPIRATION anatomique Espace † alvéolaire Gaz alvéolaire EXPIRATION CO2 TEMPS PETCO2 PECO2

L’espace mort alvéolaire Il croit entre autre avec la PEP et en cas d’EP… Il peut être calculé avec l’équation de Bohr:

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

Régulation de la respiration La ventilation du sujet sain: CO2! PaCO2  40 ± 2 mmHg pH  7,40 ± 0,02 L’hypoxémie ? Un stimulus si PaO2 < 60 mmHg!

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 Nunn’s Applied Respiratory Physiology, éditions Butterworth/Heinemann