Dterminants de lhmatose Christophe Delclaux Physiologie Pdiatrique Echanges

Déterminants de l’hématose Christophe Delclaux Physiologie Pédiatrique

Echanges gazeux Ventilation Convection Ventilation alvéolaire VCO 2 VO 2 alvéole Diffusion Transfert alvéolo-capillaire Transport des gaz par le sang Convection Diffusion VCO 2 VO 2 Consommation d’O 2 Production de CO 2

Echanges gazeux Concentrations de gaz dans l’air VCO 2 VO 2 alvéole Diffusion: notion de pression Transport: retour aux concentrations Diffusion: notion de pression VCO 2 VO 2 Débits de gaz

Gaz inspiré mm. Hg Pour les gaz: unité de pression mm. Hg (100 k. Pa ~750 mm. Hg) Gaz inspiré Gaz alvéolaire Sang artériel P IO 2 Sang veineux - tissus P AO 2 P a O 2 P v. O 2

Composition de l’air Air sec ~ azote (N 2) + oxygène (O 2) Pression totale = barométrique, atmosphérique PB ~ PN 2 + PO 2 = 760 mm. Hg Air inspiré, réchauffé, saturé en vapeur d’eau Vapeur d’eau = gaz supplémentaire [P = f(t°)] à 37°C: PH 2 O = 47 mm. Hg (ce n’est pas un gaz parfait)

Pression partielle inspirée en O 2 Air réchauffé et saturé en vapeur d’eau PIO 2 = (PB - 47) x F IO 2 • Concentrations ou fractions – F IO 2 = 0, 21 ou 21% – FICO 2 ~ 0 – FIN 2 = 0, 79 ou 79% • Pression partielle en O 2: – PIO 2= (760 - 47) x 0, 21 = 150 mm. Hg

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

Gaz alvéolaire mm. Hg Gaz inspiré Gaz alvéolaire Sang artériel P IO 2 150 Sang veineux - tissus P AO 2 P a O 2 P v. O 2

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

. La consommation d’oxygène: VO 2 Gaz inspiré VT, FIO 2 Gaz expiré VT, FEO 2 VA, FIO 2 Gaz alvéolaire VA, FAO 2 alvéole VO 2 Ventilation . VO 2 =. . VT x FIO 2 – VT x FEO 2 Espace mort (pas d’échanges) Ventilation alvéolaire . VO 2 =. . VA x FIO 2 – VA x FAO 2 VO 2

. La production de gaz carbonique: VCO 2 Gaz inspiré VT, FICO 2~0 Gaz expiré VT, FECO 2 VA Gaz alvéolaire VA, FACO 2 alvéole VCO 2 dans le gaz alvéolaire Ventilation . VCO 2. = VT x FECO 2 Ventilation alvéolaire . VCO 2. = VA x FACO 2 VCO 2 PA(a)CO 2 = (760 – 47) x FACO 2 = 40 mm. Hg

Gaz alvéolaire mm. Hg Gaz inhalé CO 2 Gaz alvéolaire Sang artériel P IO 2 150 Sang veineux - tissus P AO 2 P a O 2 P v. O 2

Pression alvéolaire en O 2 (PAO 2) Formule simplifiée de la PAO 2: PAO 2 PIO 2 - (PACO 2 / 0, 8) 40 713 100 P IO 2 PACO 2 = 713 x FIO 2 = Pa. CO 2 100 mm. Hg 150 - (40 / 0, 8)

Pression alvéolaire en O 2 (PAO 2) PAO 2 PIO 2 - (PACO 2 / 0, 8) Quotient respiratoire : QR . . QR : rapport VCO 2 / VO 2 Dépend du type d’aliment métabolisé QR normal : 0, 82 Glucides, QR = 1 Lipides, QR = 0, 7

Quotient respiratoire : R Production d’énergie (ATP): • utilisation de substrats énergétiques (glucides, lipides, protides) + O 2 • production de CO 2 + d’énergie (ATP) • conditions aérobies: glycolyse, cycle de Krebs et chaîne respiratoire Glucose: C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 = 6 CO 2 + 6 H 2 O + énergie : CO 2/O 2 = 1 Lipide: C 16 H 32 O 2 + 23 O 2 = 16 CO 2 + 16 H 2 O + énergie : CO 2/O 2 = 0, 7

Pressions gaz alvéolaires = f(ventilation alvéolaire) Variation de ventilation alvéolaire (métabolisme constant) . Hypoventilation alvéolaire VO 2 =. . VA x FIO 2 – VA x FAO 2 =. VA (FIO 2 – FAO 2) Pa. O 2 hypoxémie . VCO 2 =. VA x k. Pa. CO 2. = VA x FACO 2 Pa. CO 2 hypercapnie Pa. CO 2 = 713 x FACO 2

Mécanismes des hypoxémies Convection Ventilation alvéolaire VCO 2 VO 2 alvéole 1. Diminution du renouvellement du gaz alvéolaire Hypoventilation alvéolaire Ça ne ventile pas… VCO 2 VO 2

mm. Hg Transfert alvéolo-capillaire Gaz inhalé Gaz alvéolaire Sang artériel diffusion alvéolo-capillaire P IO 2 150 Sang veineux - tissus P AO 2 100 P a O 2 P v. O 2

Transfert alvéolo-capillaire Volume courant VT = 500 m. L Fréquence respiratoire = 15/mn Ventilation courante = 7, 5 L/mn Transfert alvéolo-capillaire Espace mort = 150 m. L Volume alvéolaire ~ 3 L Ventilation alvéolaire = 5 L/mn Volume capillaire = 70 -100 m. L Débit sanguin pulmonaire = 5 L/mn

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

Capacité de transfert de la membrane Diffusion: loi de Fick P 2 surface : A (50 -100 m 2) épaisseur : e (0, 5 µm) P 1 débit de diffusion . gaz: solubilité (a), PM V = a/√PM x A/e x (P 1 – P 2) Diffusion du CO 2 solubilité : a (a. CO 2>>a. O 2) Dm. CO 2 = 20 Dm. O 2

Gradients de pression: O 2 et CO 2 artère pulmonaire 100 40 45 mm. Hg 40 capillaire veine pulmonaire Pa. O 2 Pv. O 2 gradients de diffusion alvéolo-capillaire Pv. CO 2 Pa. CO 2

Transfert de l’oxygène mm. Hg ALVEOLAIRE 100 Normale Un peu anormale 50 Très anormale hypoxémie d’exercice Pa. O 2 < PAO 2 hypoxémie de repos (aggravée à l’exercice) EXERCICE 0 0, 25 REPOS 0, 50 0, 75 Temps de transit (s) Facteurs limitant transfert O 2: repos = perfusion; exercice = diffusion

Mécanismes des hypoxémies VCO 2 VO 2 alvéole Diffusion Transfert alvéolo-capillaire Trouble de « diffusion » Ça ne passe pas… VCO 2 VO 2

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

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

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

Effet de l'inégalité des rapports ventilation-perfusion sur les échanges gazeux globaux (hématose) Effet shunt Effet espace mort Pression O 2 : mm. Hg 60 100 140 Pression CO 2 72 40 8

Hémoglobine : le transporteur non linéaire d’O 2 contenu O 2 (ml/100 ml) VA/Q bas 15 VA/Q haut VA/Q normal 10 5 0 0 20 40 60 80 100 120 140 P O 2 (mm. Hg)

Effet de l'inégalité des rapports ventilation-perfusion sur les échanges gazeux globaux Effet shunt Effet espace mort Pression O 2 : mm. Hg 60 100 140 Pression CO 2 72 40 8

45 43 50 48 37 40 mm. Hg 46 Normo (ou hypo) capnie 44 42 0 0 30 33 36 39 42 45 PCO 2 (mm. Hg) O 2 Concentration (ml/100 ml) CO 2 52 20 40 15 140 60 75 mm. Hg 10 Hypoxémie 5 0 0 20 40 60 80 100 120 140 PO 2 (mm. Hg)

Mécanismes des hypoxémies VCO 2 VO 2 alvéole Hétérogénéité rapports ventilation/perfusion Effet shunt Mélange de concentrations Problème de mélange/transport VCO 2 VO 2

SHUNT (court circuit) . . QT QT . . QT - Q S . QS Territoire perfusé, non ventilé

Diagnostic: épreuve d'hyperoxie Effet majeur du territoire shunté non corrigé par hyperoxie Hyperoxie (FIO 2 100%): PAO 2 ~ 660 mm. Hg Shunt physiologique 2% : limite inférieure normale Pa. O 2 = 500 mm. Hg

Qs/QT Qva/QT : mesure par la méthode à l'O 2 Ca. O 2 : concentration en O 2 du sang artériel Cv. O 2 : concentration en O 2 du sang veineux mêlé Ccap. O 2 : concentration en O 2 du sang capillaire

Mécanismes des hypoxémies VCO 2 VO 2 alvéole Shunt Mélange de concentrations Sang veineux dans sg artériel Court-circuit veineux VCO 2 VO 2

Valeurs des pressions partielles de l'O 2 de l'air jusqu'aux tissus Poumon sain . . Physiologie: poumon sain, différence (A-a)O 2

Différence alvéolo-artérielle en oxygène PIO 2 = (Patm – PH 2 O) x FIO 2 = (760 – 47) x 0. 21 ~150 mm. Hg PAO 2 dépend de la façon dont est renouvelé le gaz alvéolaire (ventilation alvéolaire) alvéole PAO 2 = Pression alvéolaire en O 2 Pcap. O 2 = Pression capillaire pulmonaire Pcap. O 2 = PAO 2 si diffusion normale. Mélange des sangs capillaires: hétérogénéité VA/Q Différence sang veineux pulmonaire –artériel: shunt physiol.

Comment interpréter la Pa. O 2 en cas d'hyper ou hypoventilation alvéolaire Différence alvéolo-artérielle en O 2 P AO 2 - Pa. O 2 PIO 2 - (Pa. CO 2 / 0, 8) - Pa. O 2 Limites de la normale 0 – 30 mm. Hg Norme supérieure Norme inférieure 150 - (40 / 0, 8 + 100) 150 - (40 / 0, 8 + 70) Hétérogénéité VA/Q physiol. poumon âgé Pa. O 2 normale selon l’âge; 70 mm. Hg à partir de 75 ans

Comment raisonner devant une hypoxémie ? Calcul de la D(A-a)O 2 normale = PAO 2 alvéolaire Pa. CO 2 normale • FIO 2 < 21% • PATM<760 mm. Hg Pa. CO 2 hypoventilation alvéolaire D(A-a)O 2 = PAO 2 alvéolaire normale • trouble diffusion • hétérogénéité VA/Q • shunt Insuffisance respiratoire chronique: incapacité du système respiratoire à assurer le maintien d’une hématose normale

Mécanismes des hypoxémies Hypoventilation alvéolaire • Pa. CO 2 > 45 mm. Hg Anomalie de la diffusion • TLCO ou DLCO anormal • diminution de Pa. O 2 à l’exercice Shunt • épreuve d’oxygène pur • Pa. O 2 < 500 mm. Hg avec FIO 2 100% . Effet shunt / Hétérogénéité de distribution des VA/Q • mécanisme le plus fréquent • augmentation de Pa. O 2 à l’exercice

Facteurs influençant PAO 2, Pcap. O 2, Pa. O 2 FIO 2 Sv. O 2 FIO. 2. VA/Q Sv. O 2 Ca. O 2 . VCO 2 Tissus . VO 2

La Sv. O 2 influence la composition du sang capillaire pulmonaire Sartérielle. O 2 = Scapillaire. O 2 x (1 -shunt%) + shunt% x Sveineuse. O 2 Situation physiologique (une anémie ne « crée » pas d’hypoxémie) Calculs avec Scap. O 2 = 98% SDRA par exemple Cv. O 2 (et Sv. O 2) débit cardiaque, anémie Majore l’hypoxémie

Equilibre acido-basique SYSTEME BICARBONATE/ACIDE CARBONIQUE : SYSTEME TAMPON OUVERT HCO 3 -/H 2 CO 3 Masse variable A- + H+ AH Régulation indépendante des 2 concentrations [HCO 3 -] Régulation rénale [p. CO 2] Régulation poumon Equation d’Henderson - Hasselbach

Système tampon ouvert: Système tampons fermés:

Diagramme de Davenport Troubles respiratoires aigus: Concentration acide fixe normale Déplacement sur la DNE • p. H < 7, 38: acidose resp. • Pa. CO 2 > 45 mm. Hg • hypoventilation alvéolaire • urgence respiratoire 40 Isobare normale • p. H > 7, 42: alcalose resp. • Pa. CO 2 < 35 mm. Hg • hyperventilation alvéolaire 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 CO 2 (conc. cste d’acide fixe)

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 Pa. CO 2 de 40 mm. Hg, une Pa. O 2 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. = 0. 02786 * PCO 2 * 10 (p. H - 6. 1) + 13. 77 * p. H - 124. 58