Déterminants de l’hématose

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1 Déterminants de l’hématose
Christophe Delclaux Physiologie Pédiatrique

2 Ventilation alvéolaire
Echanges gazeux Ventilation alvéolaire Ventilation Convection Transfert alvéolo-capillaire Diffusion VCO2 alvéole VO2 Transport des gaz par le sang Convection Diffusion Consommation d’O2 Production de CO2 VCO2 VO2

3 Echanges gazeux Concentrations de gaz dans l’air VCO2 alvéole VO2
Diffusion: notion de pression Transport: retour aux concentrations Diffusion: notion de pression VCO2 VO2 Débits de gaz

4 Gaz inspiré PIO2 PAO2 PaO2 PvO2 Gaz inspiré Gaz alvéolaire
mmHg Pour les gaz: unité de pression mmHg (100 kPa ~750 mmHg) Gaz inspiré PIO2 Gaz alvéolaire PAO2 Sang artériel PaO2 Sang veineux - tissus PvO2

5 Composition de l’air Air sec ~ azote (N2) + oxygène (O2)
Pression totale = barométrique, atmosphérique PB ~ PN2 + PO2 = 760 mmHg Air inspiré, réchauffé, saturé en vapeur d’eau Vapeur d’eau = gaz supplémentaire [P = f(t°)] à 37°C: PH2O = 47 mmHg (ce n’est pas un gaz parfait)

6 Pression partielle inspirée en O2
PIO2 = (PB - 47) x FIO2 Air réchauffé et saturé en vapeur d’eau Concentrations ou fractions FIO2 = 0,21 ou 21% FICO2 ~ 0 FIN2 = 0,79 ou 79% Pression partielle en O2: PIO2 = ( ) x 0,21 = 150 mmHg

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

8 Gaz alvéolaire PIO2 PAO2 PaO2 PvO2 Gaz inspiré Gaz alvéolaire
mmHg Gaz inspiré PIO2 150 Gaz alvéolaire PAO2 Sang artériel PaO2 Sang veineux - tissus PvO2

9 Ventilation / Ventilation alvéolaire: espace “mort”
VT = VA + VD (dead)

10 La consommation d’oxygène: VO2
. La consommation d’oxygène: VO2 Gaz inspiré VT, FIO2 Gaz expiré VT, FEO2 Ventilation VO2 Ventilation alvéolaire = VA x FIO2 – VA x FAO2 . VA, FIO2 Gaz alvéolaire VA, FAO2 . VO2 = VT x FIO2 – VT x FEO2 . . alvéole Espace mort (pas d’échanges) VO2

11 La production de gaz carbonique: VCO2
. La production de gaz carbonique: VCO2 Gaz inspiré VT, FICO2~0 Gaz expiré VT, FECO2 CO2 dans le gaz alvéolaire Ventilation VCO2 = VT x FECO2 . VCO2 Ventilation alvéolaire = VA x FACO2 . VA Gaz alvéolaire VA, FACO2 alvéole VCO2 PA(a)CO2 = (760 – 47) x FACO2 = 40 mmHg

12 CO2 Gaz alvéolaire PIO2 PAO2 PaO2 PvO2 Gaz inhalé Gaz alvéolaire
mmHg Gaz inhalé PIO2 150 CO2 Gaz alvéolaire PAO2 Sang artériel PaO2 Sang veineux - tissus PvO2

13 Pression alvéolaire en O2 (PAO2)
Formule simplifiée de la PAO2: PAO2  PIO2 - (PACO2 / 0,8) 40 PIO2 = 713 x FIO2 PACO2 = PaCO2 713 100 100 mmHg  (40 / 0,8)

14 Pression alvéolaire en O2 (PAO2)
PAO2  PIO2 - (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

15 Quotient respiratoire : R
Production d’énergie (ATP): utilisation de substrats énergétiques (glucides, lipides, protides) + O2 production de CO2 + d’énergie (ATP) conditions aérobies: glycolyse, cycle de Krebs et chaîne respiratoire Glucose: C6H12O6 + 6 O2 = 6 CO2 + 6 H2O + énergie : CO2/O2 = 1 Lipide: C16H32O O2 = 16 CO H2O + énergie : CO2/O2 = 0,7

16 Pressions gaz alvéolaires = f(ventilation alvéolaire)
Variation de ventilation alvéolaire (métabolisme constant) VO2 = VA x FIO2 – VA x FAO2 VA (FIO2 – FAO2) . Hypoventilation alvéolaire   hypoxémie PaO2 . VCO2 = VA x k.PaCO2 VA x FACO2    hypercapnie PaCO2 = 713 x FACO2 PaCO2

17 Mécanismes des hypoxémies
Convection Ventilation alvéolaire VCO2 alvéole VO2 Diminution du renouvellement du gaz alvéolaire Hypoventilation alvéolaire Ça ne ventile pas… VCO2 VO2

18 Transfert alvéolo-capillaire
mmHg Gaz inhalé PIO2 150 Gaz alvéolaire diffusion alvéolo-capillaire PAO2 100 Sang artériel PaO2 Sang veineux - tissus PvO2

19 Transfert alvéolo-capillaire
Volume courant VT = 500 mL Fréquence respiratoire = 15/mn Ventilation courante = 7,5 L/mn Espace mort = 150 mL Volume alvéolaire ~ 3 L Ventilation alvéolaire = 5 L/mn Transfert alvéolo-capillaire Volume capillaire = mL Débit sanguin pulmonaire = 5 L/mn

20 Transfert alvéolo-capillaire
Transfert alvéole - sang 2 étapes: 1) diffusion puis 2) réaction sang capillaire Rtot = Rm + Rs plasma hématie épithélium mb. basale endothélium 1 µm hémoglobine O2 alvéole DL = V / (PA – Pcap) Capacité de transfert (conductance pour le gaz) 1/DLX = 1/DmX + 1/DsX membrane sang .

21 Capacité de transfert de la membrane Diffusion: loi de Fick
surface : A ( m2) épaisseur : e (0,5 µm) gaz: solubilité (a), PM P1 . débit de diffusion V = a/√PM x A/e x (P1 – P2) DmCO2 = 20 DmO2 Diffusion du CO2 solubilité : a (aCO2>>aO2)

22 Gradients de pression: O2 et CO2
artère pulmonaire capillaire veine pulmonaire 100 PaO2 PvO2 40 gradients de diffusion alvéolo-capillaire 45 40 PvCO2 PaCO2 mmHg

23 Transfert de l’oxygène
ALVEOLAIRE mmHg Normale 100 hypoxémie d’exercice Un peu anormale EXERCICE exercice = diffusion PaO2 < PAO2 hypoxémie de repos (aggravée à l’exercice) Très anormale 50 REPOS 0,25 0,50 0,75 Temps de transit (s) Facteurs limitant transfert O2: repos = perfusion;

24 Mécanismes des hypoxémies
Transfert alvéolo-capillaire Trouble de « diffusion » Ça ne passe pas… Diffusion VCO2 alvéole VO2 VCO2 VO2

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

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

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

28 Effet de l'inégalité des rapports ventilation-perfusion
sur les échanges gazeux globaux (hématose) Effet shunt Effet espace mort Pression O2 : mmHg 60 100 140 Pression CO2 72 40 8

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

30 Effet de l'inégalité des rapports ventilation-perfusion
sur les échanges gazeux globaux Effet shunt Effet espace mort Pression O2 : mmHg 60 100 140 Pression CO2 72 40 8

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

32 Mécanismes des hypoxémies
VCO2 alvéole VO2 Hétérogénéité rapports ventilation/perfusion Effet shunt Mélange de concentrations Problème de mélange/transport VCO2 VO2

33 SHUNT (court circuit) . . . . . Q Q Q - Q Q
Territoire perfusé, non ventilé

34 Diagnostic: épreuve d'hyperoxie
Effet majeur du territoire shunté non corrigé par hyperoxie Hyperoxie (FIO2 100%): PAO2 ~ 660 mmHg Shunt physiologique  2% : limite inférieure normale PaO2 = 500 mmHg

35 Qs/QT Qva/QT : mesure par la méthode à l'O2
CaO2 : concentration en O2 du sang artériel CvO2 : concentration en O2 du sang veineux mêlé CcapO2 : concentration en O2 du sang capillaire

36 Mécanismes des hypoxémies
VCO2 alvéole VO2 Shunt Mélange de concentrations Sang veineux dans sg artériel Court-circuit veineux VCO2 VO2

37 Valeurs des pressions partielles de l'O2 de l'air jusqu'aux tissus
Poumon sain . Physiologie: poumon sain, différence (A-a)O2

38 . Différence alvéolo-artérielle en oxygène
PIO2 = (Patm – PH2O) x FIO2 = (760 – 47) x 0.21 ~150 mmHg PAO2 dépend de la façon dont est renouvelé le gaz alvéolaire (ventilation alvéolaire) alvéole alvéole PAO2 = Pression alvéolaire en O2 PcapO2 = Pression capillaire pulmonaire . PcapO2 = PAO2 si diffusion normale Mélange des sangs capillaires: hétérogénéité VA/Q Différence sang veineux pulmonaire –artériel: shunt physiol.

39 PAO2 - PaO2 PIO2 - (PaCO2 / 0,8) - PaO2
Comment interpréter la PaO2 en cas d'hyper ou hypoventilation alvéolaire Différence alvéolo-artérielle en O2 PAO PaO2 PIO2 - (PaCO2 / 0,8) - PaO2 Limites de la normale 0 – 30 mmHg PaO2 normale selon l’âge; 70 mmHg à partir de 75 ans (40 / 0, ) Norme supérieure (40 / 0, ) Norme inférieure Hétérogénéité VA/Q physiol. poumon âgé

40 Comment raisonner devant une hypoxémie ?
Calcul de la D(A-a)O2 D(A-a)O2 normale =  PAO2 alvéolaire D(A-a)O2  = PAO2 alvéolaire normale trouble diffusion hétérogénéité VA/Q shunt PaCO2 normale FIO2 < 21% PATM<760 mmHg PaCO2  hypoventilation alvéolaire Insuffisance respiratoire chronique: incapacité du système respiratoire à assurer le maintien d’une hématose normale

41 Mécanismes des hypoxémies
Hypoventilation alvéolaire PaCO2 > 45 mmHg Anomalie de la diffusion TLCO ou DLCO anormal diminution de PaO2 à l’exercice Shunt épreuve d’oxygène pur PaO2 < 500 mmHg avec FIO2 100% Effet shunt / Hétérogénéité de distribution des VA/Q mécanisme le plus fréquent augmentation de PaO2 à l’exercice .

42 . . SvO2 . . CvO2 CaO2 VCO2 VO2 FIO2 Facteurs influençant
PAO2, PcapO2, PaO2 FIO2 VA/Q . . SvO2 CvO2 CaO2 . . Tissus VCO2 VO2

43 La SvO2 influence la composition du sang capillaire pulmonaire
SartérielleO2 = ScapillaireO2 x (1-shunt%) + shunt% x SveineuseO2 Situation physiologique (une anémie ne « crée » pas d’hypoxémie) Calculs avec ScapO2 = 98% SDRA par exemple CvO2 (et SvO2) débit cardiaque, anémie Majore l’hypoxémie

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45 Equilibre acido-basique
SYSTEME BICARBONATE/ACIDE CARBONIQUE : SYSTEME TAMPON OUVERT Masse variable A H AH Régulation indépendante des 2 concentrations HCO3-/H2CO3 Equation d’Henderson - Hasselbach [HCO3-] Régulation rénale [pCO2] Régulation poumon

46 Système tampon ouvert:
Système tampons fermés:

47 Diagramme de Davenport
Troubles respiratoires aigus: Concentration acide fixe normale Déplacement sur la DNE pH < 7,38: acidose resp. PaCO2 > 45 mmHg hypoventilation alvéolaire urgence respiratoire pH > 7,42: alcalose resp. PaCO2 < 35 mmHg hyperventilation alvéolaire 40 Isobare normale Troubles respir. chroniques: Compensation rénale Variation conc. acide fixe acidose resp. chronique  élimination H+ rein au dessus DNE alcalose resp. chronique au dessous DNE 24 DNE 7,40 DNE: droite normale d’équilibration du CO2 (conc. cste d’acide fixe)

48 Les autres données du Gaz du Sang: Base Excess
L'excès de base est normalement égal à ± 2 mmol/l. Cette grandeur n'est pas mesurée mais calculée par les appareils de gaz du sang et correspond à l'écart existant entre la valeur mesurée des bicarbonates plasmatiques et la valeur théorique qu'ils auraient pour une PaCO2 de 40 mmHg, une PaO2 normale à 37°C de température Il permet de renseigner sur le caractère purement métabolique d'un désordre acidobasique (acidose avec BE  = acidose métabolique) la formule est: B.E. = * PCO2 * 10 (pH - 6.1) * pH