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Les Échanges Gazeux

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 :

Lucy
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Presentation Transcript

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

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

  3. 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

  4. Espace mort Alvéole La convection ventilatoire

  5. 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

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

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

  8. P0 P0 P0 P-5cmH2O p = 0 p = -5cmH2O Mécanique inspiratoire • L’équation des gaz parfaits: P1V1 = P2V2 = constante Si V2 alors P2 

  9. 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.

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

  11. 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.

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

  13. P0 P0 P0 P5cmH2O p = 0 p = +5cmH2O Mécanique expiratoire • 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 

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

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

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

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

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

  19. Pression atmosphérique Mt Blanc Everest

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

  21. CH2OH O C H H H C C OH H HO OH C C H OH 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 =

  22. 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

  23. 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

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

  25. Membrane alvéolaire capillaire Alvéole Capillaire O O O O 2 2 O 2 2 CO 2 2 O O 2 2 O O O O 2 2 2 2 O O 2 2 O O CO CO 2 2 O 2 2 CO 2 2 O O O 2 2 2 CO CO CO CO 2 2 2 2 O O O O 2 2 O O 2 2 O O 2 2 2 2 O O 2 2 O O CO CO O 2 2 2 2 2 CO O O 2 CO CO CO 2 2 2 2 2 Membrane

  26. 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.

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

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

  29. 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 « )

  30. 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)

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

  32. 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

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

  34. 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

  35. 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!

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

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

  38. 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).

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

  40. 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.

  41. 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.

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

  43. 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:

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

  45. 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!

  46. 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

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