2.3 La diffusion: dépend de l’épaisseur de la barrière gaz-sang Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire 2.3 La diffusion: dépend de l’épaisseur de la barrière gaz-sang BPCO sévère Inflammation des alvéoles BPCO Inflammation des bronches

2.3 La diffusion: équilibre des pressions Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire 2.3 La diffusion: équilibre des pressions Alvéolaire 100 BPCO BPCO Sévère PO2 (mmHg) 50 Exercice 0.00 0.25 0.50 0.75 Temps dans le capillaire (s)

2.3 La diffusion: de l’oxygène Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire 2.3 La diffusion: de l’oxygène La PO2 dans un globule rouge (PaO2) est normalement de 40mmHg. De l’autre côté de la barrière gaz-sang, à seulement 0.3 m, la PO2 alvéolaire (PAO2) est de 100 mmHg. L’O2 suit cet important gradient de pression, et la PaO2 s’élève rapidement. Elle atteint la PO2 du gaz alvéolaire au moment où l’hématie se trouve seulement au tiers de son parcours le long du capillaire. Ainsi dans des conditions normales les réserves de diffusion sont considérables. Toutefois si la barrière gaz-sang est épaissie par une affection pulmonaire de telle sorte que la diffusion soit entravée, la vitesse d’accroissement de la PaO2 dans le globule rouge est ralentie (cas de la BPCO). Autre cas: un exercice musculaire épuisant à très haute altitude est l’une des rares situations où il est possible de démontrer une anomalie de diffusion de l’O2.

2.3 La diffusion: vitesse de réaction avec l’hémoglobine Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire 2.3 La diffusion: vitesse de réaction avec l’hémoglobine La distance de la paroi alvéolaire au centre du globule rouge dépasse est importante. Distance entre membrane et globule rouge Fixation avec l’hémoglobine 1. une partie da la résistance à la diffusion se situe à l’intérieure du capillaire. 2. Autre résistance: la vitesse de réaction de l’O2 avec l’hémoglobine dans le globule rouge.

2.3 La diffusion: réaction avec l’hémoglobine Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire 2.3 La diffusion: réaction avec l’hémoglobine La résistance du sang est essentiellement représentée par les globules rouges (GR), la résistance opposée par le plasma étant minime. Le transfert sur les GR se fait sur un milieu mobile et non à travers une structure fixe comme la membrane. Les cinétiques respectives de la fixation globulaire et de la circulation sanguine capillaire peuvent donc interférer l’une avec l’autre. Ainsi, la fixation diminue si la combinaison est lente ou si la vitesse circulatoire est élevée. La résistance à la diffusion qu’oppose les GR et la relative lenteur de la réaction chimique avec l’hémoglobine sont considérées comme les facteurs essentiels qui limitent la diffusion de l’O2. hémoglobine

2.3 La diffusion: réaction avec l’hémoglobine Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire 2.3 La diffusion: réaction avec l’hémoglobine Rappel: le sang Il est composé de globules rouges (érythrocytes, hématies), de globules blancs (leucocytes) et de plaquettes en suspension dans le plasma. Globule rouge Plaquette Globule blanc 1 litre de sang artériel contient: 0.03 ml d’O2 dissout et 197 ml lié à l’hémoglobine. Soit 200 ml d’O2 par litre de sang

2.3 La diffusion: réaction avec l’hémoglobine Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire 2.3 La diffusion: réaction avec l’hémoglobine Rappel: le sang L’hématocrite est la fraction du volume sanguin qu’occupent les globules rouges: sa valeur normale est de 40 à 45%. C’est dans les globules rouges qu’est contenu le transporteur d’oxygène: l’hémoglobine (Hb). Elle a l’arrangement d’un tétraèdre.

2.3 La diffusion: réaction avec l’hémoglobine Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire 2.3 La diffusion: réaction avec l’hémoglobine Ce tétraèdre est construit par la juxtaposition de quatre unités: 2 unités , 1 et 2 et 2 unités , 1 et 2. La configuration des 4 unités aménage une sorte de poche à la surface de la molécule: c’est là que se loge le groupe hème composé d’un atome de fer. Détail de la molécule

 2  1 1 2 2.3 La diffusion: réaction avec l’hémoglobine Fe Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire 2.3 La diffusion: réaction avec l’hémoglobine Schématiquement la fixation de l’O2 se fait selon la séquence suivante: fixation de l’O2 sur le fer de l’hème changement de configuration de la molécule déplacement de l’O2 sur l’unité 1 , cette fixation est la plus difficile, mais elle facilite la fixation des suivantes - fixation de l’O2 sur 2 - fixation de l’O2 sur 1 - fixation de l’O2 sur 2  2  1 Fe Plus l’O2 vient se fixer sur la molécule, plus l’affinité de celle-ci pour l’O2 augmente. 1 2

2.3 La diffusion: réaction avec l’hémoglobine Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire 2.3 La diffusion: réaction avec l’hémoglobine 100 0 20 40 60 80 100 120 140 Saturation de Hb (SaO2 ,%) PaO2 (mmHg) 60 20 40 80 98 O2 + Hb -- HbO2 P50 pH = 7.4 PaCO2 = 40 mmHg T° = 37 ° C 27 Fig. Courbe de dissociation de l’O2.

. 2.3 La diffusion: réaction avec l’hémoglobine Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire 2.3 La diffusion: réaction avec l’hémoglobine 100 0 20 40 60 80 100 120 140 Saturation de Hb (SO2 ,%) PO2 (mmHg) 60 20 40 80 Point artériel D’importantes variations de PaO2 sont possibles sans que SaO2 ne varie. VA peut varier sans affecter SaO2 . Point veineux De petites variations de PvO2 entraînent d’importantes modifications de SvO2 Fig. Courbe de dissociation de l’O2.

2.3 La diffusion: réaction avec l’hémoglobine Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire 2.3 La diffusion: réaction avec l’hémoglobine 100 0 20 40 60 80 100 120 140 Saturation de Hb (SaO2 ,%) PaO2 (mmHg) 60 20 40 80 pH PCO2 2,3 DPG T° P50 pH PCO2 2,3 DPG T° pH = 7.4 PaCO2 = 40 mmHg T° = 37 ° C 27 Fig. Courbe de dissociation de l’O2.

2.3 La diffusion: réaction avec l’hémoglobine Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire 2.3 La diffusion: réaction avec l’hémoglobine Facteurs modifiant l’affinité: CO2 Le CO2 réagit directement avec la molécule d’Hb et modifie les liaisons internes de l’Hb. De cette façon le CO2 diminue l’affinité de l’Hb pour l’O2. L’H+ L’ion H+ modifie l’affinité de l’Hb pour l’O2 en agissant directement sur la structure de la molécule qui relie les unités entre elles. Cet effet de l’ion H+ est appelé effet « Bohr ». Son action est importante et rapide. Il joue un rôle non négligeable dans le transport d’O2: lorsqu’il le pH baisse, il dévie la courbe de dissociation de l’O2 vers la droite et facilite ainsi la meilleure libération d’O2 au niveau tissulaire. Le 2,3DPG C’est un métabolite dont la concentration est élevée dans les globules rouges. Son action s’opère entre les unités 1 et 2 entraînant une baisse de l’affinité pour l’O2.

2.3 La diffusion: réaction avec l’hémoglobine Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire 2.3 La diffusion: réaction avec l’hémoglobine Facteurs modifiant l’affinité: La température L’augmentation de température du sang réduit l’affinité de l’Hb pour l’O2 et vice versa. pH PCO2 2,3 DPG T° pH PCO2 2,3 DPG T° Affinité Sang veineux Affinité Sang artériel

2.3 La diffusion: débit capillaire pulmonaire Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire 2.3 La diffusion: débit capillaire pulmonaire Qcap au repos Temps de transit = 0.75 s Temps de transit = 0.25 s Qcap à l’exercice

Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire 2.3 La diffusion:débit capillaire pulmonaire Au cours de l’exercice intense le débit sanguin pulmonaire est fortement augmenté et le temps de passage du globule rouge dans le capillaire peut être réduit jusqu’au tiers de sa valeur normale. Par conséquent le temps disponible pour l’oxygénation est moindre, mais chez des sujets sains il n’y a pas de diminution de la PaO2 à la fin du capillaire. Comment une adaptation de la circulation pulmonaire permet le maintien des échanges gazeux.

2.3 La diffusion:adaptation circulatoire Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire 2.3 La diffusion:adaptation circulatoire Réseau capillaire veines pulmonaires Artère pulmonaire OG OD VG La circulation pulmonaire est la seule circulation d’organe qui voit passer la totalité du débit cardiaque. VD

. 2.3 La diffusion: adaptation circulatoire Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire 2.3 La diffusion: adaptation circulatoire Qc repos . 5 l.min-1 5 l.min-1

. 2.3 La diffusion: adaptation circulatoire Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire 2.3 La diffusion: adaptation circulatoire . Qc exercice Intensité faible 15 l.min-1 15 l.min-1 Recrutement des zones vasculaires pas ou peu perfusées permet de répondre à l’augmentation du débit et de la pression sanguine et permet d’augmenter la surface d’échange.

. 2.3 La diffusion: adaptation circulatoire Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire 2.3 La diffusion: adaptation circulatoire . 20 l.min-1 20 l.min-1 Qc exercice Intensité moyenne Tout le réseau pulmonaire est recruté et perfusé.

. 2.3 La diffusion: adaptation circulatoire Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire 2.3 La diffusion: adaptation circulatoire . 30 l.min-1 30 l.min-1 Qc exercice Intensité forte Tout le réseau pulmonaire est recruté . il y a une distension des vaisseaux.

2.3 La diffusion: adaptation circulatoire Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire 2.3 La diffusion: adaptation circulatoire Le recrutement: la distribution du débit sanguin au sein du poumon est hétérogène. La décroissance du débit sanguin est quasiment linéaire de la base au sommet. Le recrutement des zones peu perfusées représente le mécanisme principal qui permet une diminution des résistance pulmonaire lorsque le débit cardiaque augmente. La distension: du fait de leur faible épaisseur et de leur propriété élastique, les vaisseaux pulmonaires sont distensibles. Le rayon des vaisseaux varie avec la modification de pression et de flux. Ces deux propriétés mécaniques de la circulation pulmonaire permettent de lutter contre l’augmentation de la pression sanguine mais aussi de palier à la baisse du temps de transit des globules rouges en augmentant la surface d’échange pulmonaire et le volume sanguin capillaire.

2.3 La diffusion: adaptation circulatoire Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire 2.3 La diffusion: adaptation circulatoire 1.0 200 0.8 180 160 0.6 Volume sanguin capillaire (ml) 140 Temps de transit (S) 0.4 120 0.2 100 80 5 10 15 20 25 30 35 Débit cardiaque (l.min-1)

2.4 Le rapport Ventilation/ Perfusion Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire 2.4 Le rapport Ventilation/ Perfusion VA/Q . Comment une combinaison harmonieuse entre débit gazeux et débit sanguin détermine les échanges gazeux

. . 2.4 Le rapport VA/Q Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire Différences régionales de la ventilation Les régions inférieures du poumon ont une meilleure ventilation que les zones supérieures 100 Xenon radioactif 80 60 Ventilation/unité alvéolaire 40 20 Zone INF Médiane SUP Distance Compteur de radiation

. . 2.4 Le rapport VA/Q Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire Différences inégales du débit sanguin Le débit sanguin décroît presque linéairement de la base au sommet, atteignant des valeurs très basses au sommet. Cette distribution est changé par l’exercice. 150 100 Débit sanguin/unité de volume 50 Base Sommet 0 5 10 15 20 25 Distance à partir de la base du poumon (cm) Xenon radioactif Compteur de radiation

. . Q < VA Q > VA 2.4 Le rapport VA/Q Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire . . 2.4 Le rapport VA/Q 0.15 3 Q < VA Débit sanguin 0.1 2 L/min et en % du volume pulmonaire Rapport ventilation/perfusion Ventilation 1 0.05 Q > VA Base Sommet 5 4 3 2 1

Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire . . 2.4 Le rapport VA/Q Mélanges des sangs capillaires VA/Q= 0.1 . 1 50 mmHg 10 10 PO2= 45 mmHg PO2= 100 mmHg 110 mmHg VA/Q= 1 . 10 Sang veineux Sang artériel 10 120 mmHg VA/Q= 10 . 1

. . 2.4 Le rapport VA/Q Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire Il existe physiologiquement un certain degré d’hétérogénéité au niveau du rapport ventilation perfusion chez le sujet normal. Car le ventilation alvéolaire diminue des bases aux sommets. De plus, la perfusion diminue aussi des bases aux sommets, due aussi à l’effet de la gravité. Cette hétérogénéité est responsable des variations régionales de la composition du gaz alvéolaire et du sang capillaire. Les conséquences de cette hétérogénéité sont cependant modestes. Chez le sujet normal on peut estimer que la PaO2 est inférieure de 5 à 10 mmHg à celle théoriquement possible avec un poumon homogène.