Cours n 2 D. MAILLARD Circulation pulmonaire échanges …...Exercice Très anormale Anormale PaO 2...

Physiologie Respiratoire

Cours n° 2 – D. MAILLARD

• Circulation pulmonaire

• Physiologie et physiopathologie des échanges gazeux

Circulation Pulmonaire

VGOGVP

PoumonsCirculationSystémique

OD

VCSVCI

VDAP

Coeur Gauche

Coeur Droit

Aorte

Part PCP Pv

PA

PA

Artériole

Alvéole

Veinule

Capillaire

Perfusion pulmonaire intra et extra

alvéolaire - Hémodynamique

ODVD

AP

PA > Part > Pv

Part > PA > Pv

Part > Pv > PA

I

II

III

IV

I

II

III

IV

Débit

OG

VG

VP

Part = PAP - gh

Pv = POG - gh

Part = PAP + gh Pv = POG + gh

Résistances Vasculaires Pulmonaires

Pression Artérielle Pulmonaire Moyenne - Pression Moyenne de l'Oreillette Gauche (mmHg)

Débit Cardiaque (L/min)

12 - 6

5=

PAP - PCP

QC= 1,2 mmHg/L/min (UR)

Résistances Vasculaires

Pulmonaires (cm H2O/L/min)

Pression (cm H2O)

10 20 30 40

0

100

200

300

Pression

Artérielle

Pression

Veineuse

Recrutement

Distension

Facteurs modifiant les résistances vasculaires pulmonaires

PA > Part > Pv

Part > PA > Pv

Part > Pv > PA

I

II

III

IV

Débit

Pression

Pression de Distension

et de Recrutement Maximum

III

I, II, IV


Pulmonaires (cm H2O/L/min)

Volume Pulmonaire (mL)

120

50 100 150 200

60

80

100

CRF

CRF CPT

TotalesAlvéolaires

Extra-alvéolaires

VR


Pulmonaires

Volume Pulmonaire


Augmentation des Résistances

Vasculaires Pulmonaires (%)

0

Pression Partielle en Oxygène Alvéolaire

(mmHg)

0 25 50 75 100

600

200

400

100

300

500

pH

7,1

7,2

7,3

7,4


Vasomotricité des Artérioles Pulmonaires

Substances CirculantesAcétylcholine

Prostaglandine E

Bradykinine

Substances CirculantesCatécholamines

Prostaglandine F

Angiotensine II

Histamine

PAO2

pH

PAPO2

Facteurs modifiant les résistances vasculaires

pulmonaires

Alvéole

PCP

Veinule

Capillaire

PHyd = 10 mmHg

Artériole

= 25 mmHgPHyd = 14 mmHg = 25 mmHg

PHyd = 8 mmHg

Qf = k[(PCP - PA) - CP]

= k[(10 - 0) - 25] = - 15

Interstitium= 19 mmHg

PHyd = -3 mmHg

Lymphe

Qf = k[(PCP - PI) - (CP - ]

= k[10 - (-3) - (25 - 19)] = 7

Échanges liquidiens intra pulmonaires

Capillaire

Interstitium

Alvéole

Alvéole

Circulation

Lymphatique

Oedème Interstitiel

Oedème

Alvéolaire

Oedème Pulmonaire

Etiologies

Pcap

Lésion

Physiologie et physiopathologie

des échanges gazeux

- La ventilation alvéolaire

- La diffusion alvéolo-capillaire

- Le court-circuit droit-gauche

- Les anomalies de distribution des

rapports VA/QC. .

La ventilation alvéolaire

Sang CapillairePulmonaire

70 ml

Débit sanguinPulmonaire

5000 ml/min

Volume courant500ml

Espace mortAnatomique

150ml

Gaz alvéolaire3000ml

Fréquence respiratoire 15/min

Ventilation totale 7500 ml/min

Ventilation alvéolaire5250 ml/min

Trachée1ère génération

bronchioles terminales

bronchioles respiratoires

alvéoles

Zone de conduction

Zone des échanges Gazeux

(espace alvéolaire)

(espace mort anatomique)

Espace mort anatomique VD

• Ne participe pas aux échanges gazeux

• Zone de conduction : environ 150 ml (2ml/kg)

• Rôle +++– Réchauffer et humidifier l'air inspiré– Epurer l'air inspiré des grosses particules

• En série entre la bouche et les alvéoles

• Altère l'efficacité de la ventilation– Une fraction de l'air inspiré ne parvient pas aux alvéoles

Espace Mort (VD)

VD physiologique = VD anatomique + VD alvéolaire

Zones ventilées mais non perfusées = pas d’échanges gazeux

TrachéeBronches

Bronchioles terminales

Alvéoles ventiléesNon perfusées

Gaz Inspiré

FIO2 = 21%

FICO2 = 0%

FIN2 = 79%

PI02 = 150 mmHg

PICO2 = 0 mmHg

Gaz Alvéolaire

VA = VT - (VD • f)

VO2 = VA • (FiO2 - FAO2)

VCO2 = VA • FACO2

FAO2=14% FACO2=5,5%

PAO2 = 100 mmHg

PACO2 = 40 mmHg

••

••• •

Gaz Expiré

VT = VT • f

VO2 = VT (FiO2 - FEO2)

VCO2 = VT • FECO2

FEO2 = 17,5%

FECO2 = 3,5%

•• •

•

•

Ventilation alvéolaire VAÉquations des gaz alvéolaires

• La ventilation alvéolaire est la fraction de la ventilation totale (VE) qui parvient aux alvéoles

• Aucun échange gazeux dans le VD

• Tout le CO2 expiré provient donc du gaz alvéolaire

VCO2x 0.863

VCO2 = VA. FACO2 = VA . PACO2.K° ° °

°

°VAPACO2 =

Equation de l'air alvéolaire

PAO2 + PACO2

PaCO2

PIO2

PAN2 = cst

PH20 = 47

PA CO2 = Pa CO2

R= quotient respiratoire = VCO2/VO2 = 0,8PIO2 = 150 mmHg

En pratique clinique:

PAO2 = 140 - PaCO2

° °

PAO2 = PIO2 – PAO2/R

Hypoventilation

PAO2

PACO2

hypoxie

hypercapnie

PAO2 PACO2

Ventilation normale

PAO2 + PACO2 = constante

PAO2

PACO2hyperoxie

hypocapnieHyperventilation

Causes d'hypoventilation alvéolaire

• Dépression des centres respiratoires par des drogues

• Atteinte des centres respiratoires par tumeur, hémorragie, encéphalopathie

• Atteinte de la moelle épinière (poliomyélite)

• Atteinte des racines nerveuses des nerfs moteurs (Guillain Barré, diphtérie) de la jonction neuromusculaire (myasthénie)

• Atteinte des muscles respiratoires

• Atteinte de la cage thoracique (cyphoscoliose)

• Trouble ventilatoire obstructif, compression trachéale

• Augmentation de l'espace mort alvéolaire

L’hypoventilation alvéolaire

PaO2 = 48 mmHg

PaCO2 = 80 mmHg

pH = 7,18

HCO3- = 29,8 mmol/l

• Hypoxémie• Hypercapnie• Acidose respiratoire• DA-a O2 = 10 mmHg (5 à 15 normale)Si DA-a O2 normal = hypoventilation alvéolaire pure sans atteinte des bronches et parenchyme

PAO2 = PIO2 - 1,15 PaCO2

= (Pb-47)FIO2 - 1,15(80)

= [(760-47) 0,21] - 92

= 150 - 92 = 58 mmHg

La diffusion alvéolo-capillaire

•

DIFFUSION DES GAZ A TRAVERS LA MEMBRANE ALVEOLO CAPILLAIRE

GR

ALVEOLEALVEOLE

PAO2 100 mmHg

PACO2 40 mmHg

PVO2 40 mmHgPVCO2 45 mmHg

°V GAZ = K. ( PAO2 – PVO2) K dépend de sol, e, S, PM

O2

CO2

< 1µm

PcO2 100 mmHg

PcCO2 40 mmHg

Le transfert de gaz : loi de Fick

Vgaz = S.d (P1-P2) / E

D= S.d / E

D = Vgaz / P1-P2

.

.

0 0,750,500,250

60

20

40

100

80 Normale

PaO2 (mmHg)

Temps Capillaire (sec)

PAO2

Exercice

Très anormale

Anormale PaO2

DAaO2

0 0,750,500,250

30

10

20

50

40 Normale

PaO2 (mmHg)


PAO2

Très anormale

Anormale

Effet de l’altitude sur la diffusion

Risque vital

PAO2 – PvO2 diminué

Vitesse de réaction Hb – O2 diminué

Temps d’équilibre Alvéole – sang capillaire allongé


PcpCO2 (mmHg)

40

45

0,25 0,50 0,75

ExercicePACO2

0

Normale

Anormale

Diffusion capillaire – alvéole du CO2

Le CO2 a un coefficient de diffusion 20 fois plus grand que

celui de l’O2.

Hématie

O2 + Hb HbO2

∂Vc

1/DL = 1/DM + 1/DE

1/DL = 1/DM + 1/∂Vc

Alvéole

DM

O2

Détermination du transfert alvéolo-capillaire chez l’homme

DL = V(x) / PA(x) - Pcap(x)

DLCO = V(CO) / PA(CO)

DLO2 = 1,23 DLCO

.

.

Mesure du coefficient de transfert du CO par méthode

en apnée

Causes de troubles de diffusion

1. Anomalies de la barrière

– Épaississement de la paroi dans les

pathologies interstitielles (fibroses)

– Réduction de la surface d'échange

(emphysème, pneumonectomie)

2. Anomalies vasculaires

– Réduction du volume sanguin (embolie)

– Réduction de la concentration en

hémoglobine (anémie)

sSurface de diffusion

Le trouble de diffusion

Repos : Exercice :

PaO2 75 mmHg 55 mmHg

PaCO2 34 mmHg 30 mmHg

pH 7,44 7,50

HCO3- 23,1 mmol/l 23,4

DA-aO2 36 mmHg 60,5 mmHg

eDistance de diffusion

K

Perméabilité

Qc

Débit cardiaque

• Hypoxémie• DA-aO2• Aggravation avecl’exercice

• DLCO

Le court-circuit droit-gauche

CaO2CvO2 QS

QT QT

CcapO2

QT • CaO2 = QS • CvO2 + (QT - QS) • CcapO2

QS/QT = CcapO2 - CaO2 / CcapO 2 - CvO2

Causes de court circuit1. Physiologique :

– Anastomoses vraies entre les systèmes veineux et artériel intra pulmonaires

– Veines bronchiques débouchant dans les veines pulmonaires

– Veines de Thébésius drainant une partie du sang veineux myocardique dans le ventricule gauche

2. Pathologique :– Pneumonie

– Œdème pulmonaire

– Ouverture d'anastomoses intra pulmonaire (cirrhose hépatique)


A.A O2=100%

PaO2 50 65 mmHg

PaCO2 38 42 mmHg

pH 7,42 7,38

HCO3-

24,6 24,8

shunt D-G 50 % de Qc

• Hypoxémie• Normocapnie• Epreuve d’hyperoxie

anormale

capillaire

CO2O2

A A

capillaire

artère

PcapO2=

40 mmHg

PcapO2=

135 mmHg

PaO2=50 mmHg

C1

C2


150

c1

0 10050

a c2

v

Concentration en O2

Pression Partielle en Oxygène (mmHg)

c1

0 10050

ac2

v

600

Oxygénation (21 %) Oxygénation (100 %)

Les anomalies de distribution

des rapports VA/QC

. .

0 2010

0

20

40

60

80

Pression (cm H2O)

Capacité Vitale (%)100

2515 305

Base

SommetV2

V1

P1 P2

Rapport Ventilation-Perfusion: VA/Q

6

5

4

3

2

1 2 3

0,0 0,5 1,0 1,5

VA/Q

VA ou Q (L/min par Poumon)

VA Q

PO2 Alvéolaire (mmHg)

20 40 600

40

60

80

100

120

140

PCO2 Alvéolaire (mmHg)

Sommet

Base

VA/Q

La distribution des rapports ventilation/perfusion

• Physiologiquement non homogène

• En pathologie, on observe une

inhomogénéité plus grande dans tous les

troubles ventilatoires obstructifs et

restrictifs avec apparition d’ :

– Effet shunt par trouble de distribution de

la ventilation (tendance au shunt)

– Effet espace mort par trouble de

distribution de la perfusion (tendance à

l’espace mort)

0 50 100 150

PO2 (mmHg)

50

0

PCO2 (mmHg)

VA/Q

ABC

Conséquences sur les gaz du sang

base sommet

0 50 100 150

PO2 (mmHg)

50

0

PCO2 (mmHg)

VA/Q

moyen

v

Conséquences sur les gaz du sang

L’effet shunt par trouble de distribution de la ventilation (asthme)

A.A O2=100%

PaO2 70 600 mmHg

PaCO2 38 42 mmHg

pH 7,42 7,40

HCO3-

24,6 24,8 mmol/l

• Hypoxémie• Normocapnie• Epreuve d’hyperoxie

normale

A1A2

capillairecapillaire

artère

PcapO2=

50 mmHg

PcapO2=

125 mmHg

PaO2=70 mmHg

Distribution

de la ventilation

C1

C2

PA1 PA2

L’effet shunt par trouble de distribution de la ventilation

c1

0 15010050

a c2

v

Concentration en O2

Pression Partielle en Oxygène (mmHg)

Les causes d’hypoxémie

Troubles des Échanges PaO2 PaCO2 D(A - a)O2 Diagnostic

Gazeux mmHg

Hypoventilation diminuée augmentée < 10 PaCO2 augmentée

DO2 < 10

Diffusion diminuée diminuée > 10 DLCO et

Épreuve d'effort

Shunt Droite-Gauche diminuée normale ou > 10 Épreuve en

diminuée oxygène pur

Anomalies VA/Q diminuée normale ou > 10

diminuée

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