Système respiratoire : Diffusion : Chapitre 3

Qu’est-ce que la diffusion ?

C’est le passage des gaz à travers la barrière alvéolo-capillaire.

Comment se fait le passage des gaz de l’air vers le sang ?

Par diffusion, selon la pression partielle des gaz.

Quel est le principe fondamental qui régit la diffusion des gaz ?

Un gaz diffuse d’un milieu où sa pression partielle est élevée vers un milieu où elle est plus faible.

Que se passe-t-il si de l’eau (PO₂ = 0 mmHg) est mise en contact avec de l’air à 100 mmHg de PO₂ ?

Une fois l’équilibre atteint, la concentration en O₂ est-elle la même dans l’air et dans l’eau ?

L’O₂ va se dissoudre dans l’eau jusqu’à ce que la pression partielle de l’O₂ dans l’eau atteigne 100 mmHg, équilibrant celle de l’air.

→ Non, car la solubilité de l’O₂ dans l’eau est faible. Il y aura beaucoup plus d’O₂ dans l’air que dans l’eau, malgré la même pression partielle.

Quelle est la concentration d’O₂ dans l’air et dans l’eau après équilibre ?

→ Dans l’air : environ 5 mmol/L.
→ Dans l’eau : environ 0,15 mmol/L.

Que se passe-t-il avec le CO₂ dans les mêmes conditions (100 mmHg) ?

Quelle est la différence de solubilité entre le CO₂ et l’O₂ ?

Quelle est la conséquence de cette différence de solubilité ?

→ Contrairement à l’O₂, le CO₂ se dissout beaucoup mieux. Sa concentration dans l’eau sera environ 3 mmol/L

.

→ Le CO₂ est environ 20 fois plus soluble que l’O₂ dans l’eau.

→ Le CO₂ diffuse beaucoup plus rapidement et facilement à travers la barrière alvéolo-capillaire que l’O₂.

Qu’est-ce que la vessie natatoire ?

Comment la vessie natatoire se remplit-elle de gaz ?

Pourquoi cet exemple est-il intéressant en physiologie respiratoire ?

→ C’est un organe rempli de gaz chez les poissons, qui leur permet de contrôler leur flottabilité sans effort.

→ Par diffusion passive de l’O₂ depuis le sang, sans transport actif.

→ Il illustre comment un organe peut accumuler du gaz grâce aux principes de diffusion.

Quel est l’environnement principal dans lequel diffusent les gaz dans l’organisme ?

→ Un milieu aqueux, notamment le plasma et les érythrocytes.

Quelle équation permet de quantifier la diffusion des gaz ?

→ L’équation de Fick : elle prend en compte la solubilité du gaz et d’autres facteurs influençant la diffusion.

Pourquoi la solubilité est-elle un facteur clé dans la diffusion des gaz ?

→ Parce qu’un gaz plus soluble passera plus facilement à travers la membrane alvéolo-capillaire.

Quel est le rôle des érythrocytes dans la diffusion de l’O₂ ?

→ Ils contiennent de l’hémoglobine, qui fixe l’O₂ et facilite son transport dans le sang.

Quelle est l’épaisseur de la barrière alvéolo-capillaire ?

→ Environ 0,3 µm, ce qui permet une diffusion rapide des gaz.

Quel est le temps de passage du sang dans les capillaires pulmonaires au repos et pourquoi?

→ Environ 0,75 secondes.

→ Parce que :

• Le débit cardiaque est d’environ 6 L/min.

• Cela correspond à 100 mL/sec de sang circulant dans les poumons.

• Comme il y a 70 mL de sang dans les capillaires pulmonaires, cela donne un temps de passage de 0,75 s.

Est-ce que ce temps est suffisant pour l’équilibration des gaz ?

→ Oui, au repos, l’O₂ et le CO₂ ont assez de temps pour diffuser complètement.

🔹 Premier exemple : le monoxyde de carbone (CO)

Pourquoi l’hémoglobine (Hb) a-t-elle une grande affinité pour le CO ?

→ Parce que le CO se fixe beaucoup plus facilement à l’Hb que l’O₂, prenant ainsi la place de l’oxygène.

🔹 Premier exemple : le monoxyde de carbone (CO)

Que se passe-t-il quand le CO pénètre dans le sang ?

→ Il est immédiatement capté par l’Hb, ce qui empêche sa pression partielle (PCO) d’augmenter dans le sang. Sa pCO reste stable

🔹 Premier exemple : le monoxyde de carbone (CO)

Quelle est la conséquence de cette fixation immédiate du CO sur la diffusion ?

• Le CO est un gaz limité par la diffusion, car il n’atteint jamais l’équilibre entre l’alvéole et le sang.

• Plus le CO peut traverser la membrane, plus il sera capté par l’Hb.

🔹 Deuxième exemple : le protoxyde d’azote (N₂O)

Qu’est-ce que le N₂O ?

→ Un gaz inerte aussi appelé gaz hilarant, qui ne se fixe pas sur l’hémoglobine et ne possède aucuns récepteurs

🔹 Deuxième exemple : le protoxyde d’azote (N₂O)

Pourquoi la pression partielle du N₂O augmente-t-elle rapidement dans le sang ?

→ Parce qu’il ne se lie pas à l’Hb et reste libre en solution dans le plasma.

🔹 Deuxième exemple : le protoxyde d’azote (N₂O)

Que se passe-t-il dès que le sang est en contact avec l’alvéole ?

→ La pression partielle du N₂O dans le sang s’égale immédiatement à celle de l’alvéole, en à peine 10 % du trajet capillaire.

🔹 Deuxième exemple : le protoxyde d’azote (N₂O)

Quelle est la limite du passage du N₂O dans le sang ?

Il est limité par le débit sanguin, car le sang est vite saturé en N₂O.

📝 Conclusion :

CO : exemple de limitation par la diffusion. Il n’y a jamais d’équilibre, la limite c’est la capacité du gaz à traverser la membrane

N₂O : bonne diffusion mais sa pression partielle augmente immédiatement et donc si on veut augmenter sa quantité il faut faire passer plus de sang

🔹 Troisième exemple : l’oxygène (O₂)

Comment se comporte l’O₂ dans le capillaire pulmonaire ? (Important)

→ Il s’équilibre avec l’alvéole après environ 1/3 du passage dans le capillaire.

🔹 Troisième exemple : l’oxygène (O₂)

De quoi dépend principalement la diffusion de l’O₂ ?

→ De la perfusion/vascularisation, car une fois l’équilibre atteint, il faut plus de sang pour transporter plus d’O₂.

🔹 Troisième exemple : l’oxygène (O₂)

Que se passe-t-il à l’exercice ?

→ Le cœur bat plus vite (il éjecte mieux) → le débit cardiaque augmente → plus de sang passe dans les capillaires → plus d’O₂ est transporté.

🔹 Troisième exemple : l’oxygène (O₂)

Comment le temps de passage du sang dans le capillaire change-t-il à l’effort ?

→ Au repos : 0,75 secondes
→ À l’effort (débit cardiaque triplé, 18 L/min) : 0,25 secondes

🔹 Troisième exemple : l’oxygène (O₂)

Que se passe-t-il pour une personne avec une anomalie de la membrane alvéolo-capillaire ?

→ Au repos, elle parvient à s’équilibrer en 0,75 secondes.
→ À l’effort, son temps de passage diminue (0,25 secondes) → l’équilibration ne se fait pas complètement → hypoxémie (diffusion O₂ sanguin insuffisant).

On obtient une valeur de 60mmHg. Cela veut dire que si cet individu ventile bien, il y a 100mmHg dans son alvéole

🔹 Troisième exemple : l’oxygène (O₂)

Pourquoi certaines maladies pulmonaires entraînent-elles une gêne à l’effort, mais pas au repos ?

→ Car l’équilibration de l’O₂ est plus lente et ne peut pas suivre l’accélération du débit sanguin à l’effort. En régressant, la maladie va de plus en plus altérer la diffusion. On arrive donc à quelque chose d’anormal avec un O₂ qui est bas en permanence, même à 0,75 secondes

🔹 Troisième exemple : l’oxygène (O₂)

Que se passe-t-il si l’air alvéolaire contient seulement 50 mmHg de PO₂ au lieu de 100 mmHg ?

→ L’oxygène diffuse moins vite à travers la membrane aléolo-capillaire, car le gradient de pression (P1 - P2 dans l’équation de Fick) est plus faible et le débit diminue aussi.

🔹 Troisième exemple : l’oxygène (O₂)

Quelles peuvent être les causes d’un PO₂ alvéolaire réduit ?

• Maladie pulmonaire : mauvaise ventilation et renouvellement de l’air.

• Haute altitude : l’air contient moins d’O₂.

🔹 Troisième exemple : l’oxygène (O₂)

Pourquoi l’effort est-il encore plus difficile dans ces conditions ?

→ Parce que la diffusion de l’O₂ est déjà ralentie, et le temps de passage réduit à l’effort aggrave encore la situation.

Que représente l’indice D_L ?

le volume de gaz qui diffuse divisé par la différence de pression partielles

Donc dans la mesure de diffusion, on rassemble différents facteurs (la surface alvéolaire, l’épaisseur de la membrane et la constante de diffusion des gaz) que l’on met sous le même indice Dl

Comment mesure-t-on la diffusion des gaz dans les poumons ? Qu’est-ce que D_{LCO ?}

→ On utilise du CO, car il n’est pas présent naturellement dans le sang et sa diffusion est limitée uniquement par la membrane.

→La quantité de Co qui diffuse divisé par la P alvéolaire en CO qui est en fait la P_CO que l’on fait respirer au patient.

Comment réalise-t-on un test de DLCO ?

• Le patient inspire un mélange gazeux contenant une quantité connue de CO.

• Il retient sa respiration.

• Il expire dans un spiromètre.

• On mesure la quantité de CO absorbée dans le sang en comparant l’inspiré et l’expiré.

La P alvéolaire est connue puisque la personne souffle du gaz alvéolaire et donc on mesure ce gaz alvéolaire. En faisant cela, on calcule la diffusion

Quels sont les principaux facteurs influençant la diffusion pulmonaire ?

• Épaisseur de la membrane alvéolo-capillaire.

• Surface d’échange (ex. destruction alvéolaire dans l’emphysème).

• Quantité d’Hb (moins d’Hb = moins de capacité de transport de l’O₂ et du CO).

Pourquoi la diffusion du CO₂ n’est-elle jamais un problème clinique ?

→ Parce que le CO₂ est 24 fois plus soluble que l’O₂, donc il traverse la membrane beaucoup plus facilement.

Dans une insuffisance respiratoire, quel est le premier gaz qui pose problème ?

→ Toujours l’O₂ ! Une personne meurt d’hypoxie bien avant que la diffusion du CO₂ ne devienne un problème.