Ventilation alvéolaire Echanges gazeux alvéole VO2 Ventilation Ventilation alvéolaire Diffusion alvéolo-capillaire Transport des gaz par le sang Consommation d ’oxygène

sang capillaire pulmonaire = 70 ml débit sanguin pulmonaire = 5 l/min ventilation alvéolaire volume courant fréquence ventilation totale espace mort = 500 ml = 15 /min = 7,5 l/min = 150 ml volume alvéolaire = 3 l

Pression partielle  Concentration = agitation moléculaire concentration = nombre de molécules

Ventilation alvéolaire Consommation d'oxygène alvéole VO2 Ventilation Ventilation alvéolaire Diffusion alvéolo- capillaire Transport des gaz par le sang ah 01/00

PIO2 PAO2 PaO2 PvO2 Gaz inhalé Gaz alvéolaire Sang artériel mmHg Gaz inhalé Gaz alvéolaire Sang artériel PIO2 PAO2 Sang veineux - tissus PaO2 PvO2 ah 01/00

Gaz inhalé PIO2 PAO2 PaO2 PvO2 Gaz alvéolaire Sang artériel mmHg Gaz inhalé Gaz alvéolaire Sang artériel PIO2 PAO2 Sang veineux - tissus PaO2 PvO2 ah 01/00

Vapeur d'eau Si le mélange gazeux n’est pas sec, il faut tenir compte de la vapeur d’eau qui se comporte comme un gaz supplémentaire Ptot = PO2 + PCO2 + PN2 + PH2O = 760 mmHg à 37°C : PH2O = 47 mmHg

Pression partielle inspirée en O2 PIO2 = (PB-47) . FIO2

Gaz inhalé PIO2 = (Ptot - 47) . FIO2 ne change pas avec l'altitude change si administration thérapeutique d'oxygène (0,21 < FIO2 < 1) Pression barométrique diminue en altitude ( /2 à 5000m) augmente en caisson hyperbare

116 PIO2 66 PAO2 (si PaCO2 = 40)

Gaz alvéolaire PIO2 PAO2 PaO2 PvO2 Gaz inhalé Sang artériel 150 mmHg Gaz inhalé Gaz alvéolaire Sang artériel PIO2 150 PAO2 Sang veineux - tissus PaO2 PvO2 ah 01/00

VO2 gaz inspiré VT FIO2 gaz expiré FEO2 VA FAO2 Ventilation alvéole VA FAO2 VO2 Ventilation Ventilation alvéolaire ah 01/00

Le volume “mort”

VO2 = VT . FIO2 - VT . FEO2 VT VT FIO2 FEO2 POUMON VO2

VO2 = VT . FIO2 - VT . FEO2 VO2 = VA . FIO2 - VA . FAO2 gaz inspiré VT FIO2 gaz expiré FEO2 alvéole VA FAO2 VO2 Ventilation VO2 = VT . FIO2 - VT . FEO2 Ventilation alvéolaire VO2 = VA . FIO2 - VA . FAO2

VO2 = VA . FIO2 - VA . FAO2 VA VA VO2 FIO2 FAO2 donc : FAO2 = 0,14 connu 5 L/mn donc : FAO2 = 0,14 PAO2 = 100 mmHg POUMON connu 0,21 connu 250 mL/mn VO2 ah 01/00

PIO2  FIO2  PIO2 PAO2  ventil. alvéolaire PIO2 PAO2 PaO2 PvO2 mmHg Gaz inhalé PIO2  FIO2  PIO2  ventil. alvéolaire PAO2 Gaz alvéolaire Sang artériel PIO2 150 PAO2 100 Sang veineux - tissus PaO2 PvO2 ah 01/00

Evaluation de l'espace mort les calculs sont basés sur les mesures du CO2 ah 01/00

VCO2 = VT . FECO2 VCO2 = VA . FACO2 gaz inspiré VT --- gaz expiré VT FECO2 Ventilation VCO2 = VT . FECO2 VA --- VA FACO2 alvéole VCO2 alvéole Ventilation alvéolaire VCO2 = VA . FACO2 VCO2

Calcul du volume de l'espace mort VCO2 = VT . FECO2 = VA . FACO2 VT . FECO2 = (VT - VD) . FACO2 VD / VT = (FACO2 - FECO2) / FACO2

F CO2 FETCO2 FECO2 FACO2 P = F * (Pb-47) bouche alvéole inspiration expiration F CO2 FETCO2 5% FECO2 bouche 5% FACO2 alvéole P = F * (Pb-47) ah 01/00

Quel CO2 pour le calcul du volume de l'espace mort ? VD / VT = (FACO2 - FECO2) / FACO2 VD anatomique VD physiologique = VD anatomique + VD alvéolaire VD alvéolaire

Quel CO2 pour le calcul du volume de l'espace mort ? VD / VT = (FACO2 - FECO2) / FACO2 end-tidal  FACO2 (1 + 2)  VD anatomique (FE = 1 +2 +3) FACO2 1 2 3 PaCO2  FACO2 (2)  VD physiologique

Quel CO2 pour le calcul du volume de l'espace mort ? Espace Mort Physiologique  Espace Mort Anatomique FACO2 calculée via PaCO2  FACO2 mesurée fin expi

hypoventilation alvéolaire VA FIO2 VA FAO2 Ventilation alvéolaire alvéole VO2 = VA . FIO2 - VA . FAO2 VO2 VO2 = VA . ( FIO2 - FAO2) hypoventilation alvéolaire  baisse de FAO2 baisse de PAO2 VO2

Pression alvéolaire en O2 (PAO2) PIO2  PAO2 + ( PACO2 / 0,8) PIO2 = 713 * FIO2 PACO2 = PaCO2 150  100 + ( 40 / 0,8)

Pression alvéolaire en O2 (PAO2) PIO2  PAO2 + ( PACO2 / 0,8) Quotient respiratoire : QR . . QR : rapport VCO2 / VO2 Dépend du type d’aliment métabolisé QR normal : 0.82 Glucides, QR = 1 Lipides, QR = 0.7

Hypoventilation alvéolaire  PACO2 donc  PaCO2 hypercapnie  PAO2 donc  PaO2 hypoxémie

PIO2  FIO2  PIO2 PAO2  ventil. alvéolaire PIO2 PAO2 PaO2 PvO2 mmHg Gaz inhalé PIO2  FIO2  PIO2  ventil. alvéolaire PAO2 Gaz alvéolaire Sang artériel PIO2 150 PAO2 100 Sang veineux - tissus PaO2 PvO2 ah 01/00

PIO2 PACO2 / 0.8 PAO2 A-a DO2 PaO2 PIO2 PAO2 PaO2 PvO2 mmHg Gaz inhalé PIO2 PACO2 / 0.8 Gaz alvéolaire PAO2 A-a DO2 Sang artériel PaO2 PIO2 150 PAO2 100 Sang veineux - tissus PaO2 PvO2 ah 01/00

DIFFUSION ALVEOLO-CAPILLAIRE sang capillaire pulmonaire = 70 ml débit sanguin pulmonaire = 5 l/min ventilation alvéolaire volume courant fréquence ventilation totale espace mort = 500 ml = 15 /min = 7,5 l/min = 150 ml volume alvéolaire = 3 l DIFFUSION ALVEOLO-CAPILLAIRE

Diffusion P2 P1 débit de diffusion = coeff · (P1 - P2)

P2 P1 débit de diffusion = k · a · A/e · (P1 - P2) Diffusion surface : A (50-100m2) épaisseur : e (0,5 µm) P1 solubilité : a ( a CO2 = 20 aO2 ) débit de diffusion = k · a · A/e · (P1 - P2)

artère pulmonaire capillaire veine pulmonaire PaO2 PvO2 gradients de 100 PaO2 PvO2 40 gradients de diffusion alvéolo-capillaire 45 PvCO2 PaCO2 40 mmHg

exercice, sujet sain PaO2 PaCO2 veine pulm. artère pulm. capillaire 100 PAO2 PaO2 PvO2 40 PvCO2 45 PACO2 PaCO2 40 mmHg

exercice, sujet malade PaO2 PaCO2 veine pulm. artère pulm. capillaire 100 PAO2 PaO2 PvO2 40 PvCO2 45 PACO2 PaCO2 40 mmHg

1 µm "membrane" V = Dm . DP épithélium plasma m. basale endothélium "sang" V = Ds . DP hématie O2 hémoglobine O2 V = D . DP

1 µm "membrane" V = Dm . DP épithélium plasma m. basale endothélium "sang" V = ( . Vc) . DP hématie  : cinétique Vc : volume capillaire O2 hémoglobine O2 V = D . DP

Transport sanguin de l’oxygène O2 fixé sur l ’hémoglobine Conc O2 O2 dissous

coefficient de solubilité  (eau 37°C) 0,003 ml / 100 ml / mm Hg O2 dissous C O2 =  * P O2 coefficient de solubilité  (eau 37°C) 0,003 ml / 100 ml / mm Hg sang artériel normal (P O2 = 100 mm Hg) Cdissous O2 = 0,3 ml / 100 ml

L'oxygène dissous peut participer au transport de l'O2 si PaO2 = 600 mm Hg O2 dissous = 0.003 *600 = 1.8 ml/100 ml PvO2 = 70 mm Hg O2 dissous = 0.2 ml/100 ml différence artério-veineuse en O2 dissous 1.6 ml/100ml soit 30% de la DAV

Hémoglobine pouvoir oxyphorique 1,34 ml O2 / g Hb concentration normale = 15 g / 100 ml sang capacité totale 1,34 * [Hb] 1,34 * 15 = 20 ml / 100 ml

Fe++ 6 liaisons 4 structurales 1 globine 1 O2 Tétramère 2 paires de sous unités a et b (150 a.a.) 8 segments hélicoïdaux (A-H) cavité hydrophobe avec hème

Courbe de dissociation de l'oxyhémoglobine Notion de molécule allostérique « Timbres poste » Fixation de l’O2: Rupture de ponts salins 97.5 96 91 saturation en O2 (%) 75 Variation d’affinité lors de la fixation des molécules d’O2 : + en + facile Hémoglobine PO2 (mm Hg)

La concentration en O2 diminue avec l'hémoglobine concentration en Hb 20 15 g/100ml 15 10 g/100ml concentration O2 (ml/100ml) 10 5 . 20 40 60 80 100 120 140 P O2 (mmHg)

15 g/100ml concentration en Hb 10 g/100ml saturation O2 (%) Saturation * % concentration O2 sur Hb / capacité totale en O2 * est indépendante de [Hb] 100 15 g/100ml 75 concentration en Hb 10 g/100ml saturation O2 (%) 50 25 . 20 40 60 80 100 120 140 P O2 (mmHg)

Concentration en O2 ou contenu ml/100 ml g/100 ml 0,xx C O2 = S O2 * ( [Hb] * 1,34 ) + 0,003 * P O2 mmHg

Hémoglobine : le transporteur d’O2 20 sang artériel 15 sang veineux concentration O2 (ml/100ml) 10 5 . 20 40 60 80 100 120 140 P O2 (mmHg)

affinité de l'hémoglobine 20 15 concentration O2 (ml/100ml) 10 sang fonction de pH, PCO2 ... “artériel” “veineux” 5 . 20 40 60 80 100 120 140 P O2 (mmHg)

affinité de l'hémoglobine 20 15 concentration O2 (ml/100ml) 10 sang fonction de pH, PCO2 ... “artériel” “veineux” 5 . 20 40 60 80 100 120 140 P O2 (mmHg)

La cause la plus fréquente des hypoxémies Hétérogénéité des rapports ventilation perfusion

PIO2  FIO2  PIO2  PCO2 ventil. alvéolaire PAO2  PIO2  PAO2  hétérogéneité VA/Q PIO2 PaO2 PAO2 PaO2

= ventilation = circulation (n=12) (n=12) n=12

= ventilation = circulation (n=12) (n=12) + n=8

Dans un territoire alvéolaire FIO2 Dans un territoire alvéolaire PcapO2 fonction de VA/Q (territoire) VA (territoire) alvéole capillaire Q(territoire) CVO2

sang artériel FIO2 CVO2 capillaire capillaire capillaire alvéole

shunt bas VA/Q effet shunt Dans un territoire donné, les transferts d'O2 et de CO2 dépendent du VA/Q VA/Q=0 VA/Q=0.8 VA/Q=2 shunt bas VA/Q effet shunt VA/Q=7 VA/Q=15

Hypoxémie et hétérogénéité des rapports ventilation/perfusion sang veineux Pv O2 40 mm Hg sang artériel PaO2 ? = 1 10 VA Q = 10 VA Q = 10 1 VA Q 60 mm Hg 100 mm Hg 140 mm Hg

Hémoglobine : le transporteur non linéaire d’O2 contenu O2 (ml/100ml) VA/Q haut VA/Q normal VA/Q bas 15 10 5 . 20 40 60 80 100 120 140 P O2 (mmHg)

Hypoxémie et hétérogénéité des rapports ventilation/perfusion = 1 10 VA Q = 10 VA Q = 10 1 VA Q sang sang veineux artériel 17,9 15 ml / 100 ml 16 19,5 20,0

C O O2 40 mmHg 75 mmHg 45 43 37 140 60 40 2 Concentration (ml/100 ml) 52 45 43 50 C O 48 2 37 Concentration (ml/100 ml) 46 40 mmHg 44 42 30 33 36 39 42 45 PCO2 (mmHg) 20 140 60 40 15 10 75 mmHg Concentration (ml/100 ml) O2 5 20 40 60 80 100 120 140 PO2 (mmHg)

SHUNT (court circuit)

Hétérogénéité des VA/Q = effet shunt 2 8 10 VA/Q 0,8 8 2 2.5 10 VA/Q 0,2 VA/Q 0,8 VA/Q 0,8 7.5 VA/Q

Mécanismes des hypoxémies Hypoventilation alvéolaire PaCO2 > 45 mmHg Anomalie de la diffusion transfert du CO anormal diminution de PaO2 à l’exercice Shunt épreuve d’oxygène pur Effet shunt / Hétérogénéité de distribution des VA/Q mécanisme le plus fréquent augmentation de PaO2 à l’exercice