Les échanges gazeux La diffusion alvéolo-capillaire

Les échanges gazeuxLa diffusion alvéolo-capillaire1- Définition2- La loi de Fick, diffusion de l ’O 2 et duCO 23- Exploration de la diffusion : le T CO

1- Définition de la diffusion• Echanges gazeux entre l ’alvéole et lesang capillaire pulmonaire• Passage d’un milieu gazeux à un milieuliquide• Phénomène passif (chaque gaz suit son gradientde pression)

diffusionDiffusionMembrane alvéolo-capillaireAlvéole1- film liquidien2- pneumocyte I3- membranes basalesfusionnées4- cellule endothélialecapillaire

2- La loi de FickMembrane :épaisseur (e)surface (s)P 1P 2Gaz (D):solubilitéPMdQ / dt = (D . s . dP) / e

mmHgPO 2 =100PO 2 =40PO 2 =40PO 2 =100Diffusion de l ’ O 2

Transfert de l’O 2 : de l’alvéole jusqu’à la combinaison avec l’hémoglobine (Hb)O 2HbO 2O 2Hb.Qc

PCO 2 =40mmHgPCO 2 =45PCO 2 =40PCO 2 =45Le CO 2 diffuse 20 x plus vite que l ’O 2

3- Transfert du COdébit de CO qui traverse la membrane alvéolo-capillaire(pour une différence de pression de 1mmHg)COAlvéole• cellule épithéliale(pneumocyte )• cellule endothéliale : diffusion à traversla membraneCapillaire• hématieHb + CO HbCO: combinaison avecl’hémoglobine

COC 2 H 2OuN 2 OAlvéoleCOC 2 H 2CO.QcHbcoC 2 H 2Capillaire

Captation de l’O 2 , N 2 O et CO dans le capillairealvéolaireN 2 O ouC 2 H 2O 2CODébutcapillaire0 0.75 sTemps dans le capillaire

Mesure du T CO par la méthode de l ’apnée1- inspiration de COMélange gazeux inspiré- CO 0.3%- He 14%- O 2 18%Volume2- apnée de 10 secVolumeinspirétemps3- expirationpuis analysedu gaz• Échantillon airalvéolaire• Analyse - CO-Healvéolaire 4- Calcul du « passage »alvéolo-capillaire de CO

Interprétation du T CO• Le T CO permet de quantifier le transfert du CO– Le Tco mesure un débit de CO à travers la membranealvéolo-capillaire (ml/min/mmHg)– dépend de la qualité du transfert à travers une unité alvéolocapillaire(TCO/VA, mesuré par l’appareil)– et de la surface de diffusion mise en jeu, appréciée par levolume alvéolaire (VA, mesuré lors de la méthode de dilutionde l’hélium, réalisé en même temps)

La circulation pulmonaire1- Anatomie fonctionnelle:a circulation pulmonaireb circulation bronchique2- Caractéristiques hémodynamiques3- Modification des résistances vasculaires4- Distribution du débit sanguin5- Exploration

Circulationpulmonaire1- Anatomiefonctionnelle

1-a Circulation pulmonairefonctionnelle• Outre qu’elle assure les échanges gazeux• Elle a des fonctions métabolique,hémodynamique, de « filtre » circulatoire, etde nutrition du parenchyme pulmonaire

1-a Circulation pulmonaire :les artères pulmonaires• Par rapport à la circulation systémique, les paroisdes artères pulmonaires et de leurs branches sontfines et contiennent peu de muscle lisse• Les artères sont– élastiques,– puis musculaires, 50% des résistances vasculaires pulmonairesest due aux artères musculaires– puis sont des artérioles, dépourvues quasiment de fibresmusculaires

1-a Circulation pulmonaire :les capillaires pulmonaires• cheminent dans la cloison interalvéolaire• paroi très fine• diamètre très peu important ; voisin de celuid’un érythrocyte• surface : 50 à 100 m²

1-a Circulation pulmonaire :les veines pulmonaires• les veinules naissent près des bronchioles• mais vont s’écarter de l’axe broncho-artériel• pour cheminer dans les septa des lobules

1-b Circulation bronchique• artères bronchiques : naissent de l’aorte• irriguent les parois bronchiques• débit évalué à 2% du débit cardiaquesystémique.• sang veineux bronchique distal drainépar les veines pulmonaires = shunt

Circulation pulmonaire2- Caractéristiques hémodynamiques

2-a Volume sanguin pulmonaire• 450 mL =

Volume sanguin pulmonaire• lors de l’exercice : peut augmenter de20 à 30 % en position assise ou debout• diminue de 20 à 30 % lors du passagedu clinostatisme à l’orthostatisme

2-b Débit sanguin pulmonaire• circulation pulmonaire circulationsystémique : en série• le débit pulmonaire est donc identiqueau débit systémique• des sigmoïdes pulmonaires à l’oreillettegauche : < 4 sec• le volume d’éjection systolique droit s’adapterait enpermanence à celui du ventricule gauche

2-c Les pressions pulmonaires.rappel :P = Q x R .P=pression, Q = débit, R=résistance

Cœur droitCœur gaucheArtèrepulmonairealvéolecapillaireVeinepulmonaire

Cage thoraciquePlèvreviscéralePressioninterstitielle(

Particularité de la circulation pulmonaireVaisseaux alvéolaires : soumis à la pression alvéolaireVaisseaux extra-alvéolaires : maintenus ouverts grâce àla traction exercée par le parenchyme pulmonaire

Art. pulmonaireAorteCap. pulm.VDVGCap. Syst.ODOGVeinesPulmonairesVeines caves

Art. pulmonairePAP = 15 (25 / 8)AortePsyst = 100 (120 / 80)Pcap 5 (à 10)Cap. pulm.VD25/0VG120/0Cap. Syst.ODOG25VeinesPulmonairesVeines cavesen mmHg

Pressions moyennesCœur droitCœur gaucheOD2 mmHgArtèrepulmonaire15 mmHgCapillaire5 mmHgVeinepulmonaire5 mmHgOG5 mmHgaorte100 mmHgPression motrice

Les pressions pulmonaires• Pression motrice :P = PAP –POG= 10 mmHg• Résistances vasculaires . pulmonaires :.RVP = P / Q avec Q = 5 L/minRVP = 2 mmHg/L/minsoit 10 fois moins que les résistances vasculairessystémiques (RVS = 100/ 5 =20)• Une des RVP entraîne une du travail du VD

Les pressions pulmonaires• Les RVP sont faibles et facilitent larépartition homogène du flux sanguindans les capillaires et les échangesgazeux

2-d Circulation capillaire• Temps de circulation dans un capillaire : 0.75 s• Temps d’équilibration des gaz entre air et sanget de 0.3 s

3- Modification des résistancesvasculaires

3-a Les RVP sont modifiées par les volumespulmonaires (poumon de chien)Vx intra-alvéolairesVx extraalvéolairesVolume pulmonaire (ml)

3-b Lorsque la pression intravasculaires’élève, les résistancesvasculaires vont diminuer.Donc : Qc P RVP ~normalisation PMécanismes :• recrutement des vaisseaux pulmonaires• distension des vaisseaux

ecrutement+distension

3-c Vasomotricité• Le muscle lisse artériel peut secontracter• et provoquer une augmentation desrésistances vasculaires

3-c VasomotricitéVasoconstriction artérielle hypoxique• Une hypoxie alvéolaire localiséeengendre une vasoconstriction locale•Si P A O 2 décroît < 70-80mmHg (altitudede 2000m)

3-c VasomotricitéVasoconstriction artérielle hypoxique• Bénéfique lors d’une hypoxie localisée carredistribue la perfusion vers les zones bienventilées (mécanisme de défense)• cas de l’hypoxie généralisée et chronique(BPCO par exemple) : entraîne unehypertension artérielle pulmonaire (HTAP)• Cas de la vie en altitude : idem

3-c VasomotricitéAcidose :• L’augmentation des H + plasmatiquesentraîne une vasoconstriction artériellepulmonaire• Synergie hypoxie-acidose

3-c Vasomotricité• Vasoconstricteurs :- Endothéline- Angiotensine II- Sérotonine- Adrénaline (récepteurs alphaadrénergiques)- Histamine

3-c Vasomotricité• Vasodilatateurs :- Prostacycline- NO- Peptide atrial natriurétique- Acétyl choline

vasodilatateursNOProstacyclineFacteurs circulants(sérotonine)Cel. endothélialevasoconstricteursEndothélineThromboxaneCel. Musculaire lisse Ca ++K + Canalionique (K+)

4- Distribution du débit sanguin20 alvéole-AP15 mmHg5 mmHgOGGravité022.5 mmHg+Différences régionales de distributionde la circulation pulmonaire

5- Exploration de la circulationpulmonaire• Hémodynamique :– échographie-doppler– cathétérisme cardiaque droit +++• Imagerie :– TDM avec injection, scanner spiralé– angiographie– scintigraphie

Embolie pulmonaire : thrombus à cheval sur labifurcation du tronc de l'Artère Pulmonaire, s'étendantdavantage dans l'A.P. droite.

Cathéter flotté de type Grandjean

Cathétérisme cardiaque droitMesure de P OD , P VD , P APCathéter(v brachiale oujugulaire)ODVDAP cap VPOGCapteurpressionMesure de PcapBallonnet gonfléPcap = P VP = P OG

Cathétérisme cardiaque

Cathétérisme cardiaque

Les inégalités ventilation -perfusion

Les inégalités ventilation -perfusion1- Définition2- Unité alvéolo-capillaire :VA / Q optimalshuntespace mort3- Poumon entier

Les inégalités ventilation - perfusion1- Définition• étude de l'adéquation de la ventilationet de la perfusion,• qui est variable d'une région du poumonà l'autre• L'inadaptation VA / Q est responsable dela plupart des anomalies des échangesgazeux dans les maladies pulmonaires

ModèleColorant en poudre (V)eau(Q)V / Q

Les inégalités ventilation - perfusion2- VA / Q etunité alvéolocapillaire

Unité alvéolocapillaire optimaleVA/Q = 1PO 2 =150mmHgPCO 2 =45PO 2 =100PCO 2 =40PCO 2 =40PO 2 =40PO 2 =100

Unité alvéolocapillaire : shuntVA/Q = 0mmHgPCO 2 =45PO 2 =40PCO 2 =45PCO 2 =45PO 2 =40PO 2 =40

shunt

Unité alvéolocapillaire : espace mortVA/Q = infinimmHgPO 2 =150PO 2 =150PCO 2 =0

Unité alvéolocapillaireVA/Q = 0Effet shuntVA/Q = 1Effet espacemortVA/Q = mmHg40< PO 2 PCO 2 >40100< PO 2 PCO 2 >0

Le poumon entierventilationperfusionVA / Q1base3emecôtesommet

PO 2 en mmHgLe poumon entier

La différence alvéolo-artériellePAO 2 > PaO 2 en raison des :• shunt anatomique (sang veineuxbronchique et sang veineux coronairepar les veines de Thébésius). .• inégalités VA / Q• Rôle minime : limitation diffusion alvéolo-capillaire

Exemple : FiO 2 , PAO 2 et PaO 2FIO 2 = 30%PIO 2 = 228mmHgPAO 2 = 165 mmHgPcO 2 = 165 mmHgPaO 2 = 158 mmHgVA/Q,shunt