Chapitre 7 : Echanges gazeux

Quelles sont les grandes causes d’hypoxémie ?

• Altération de la ventilation

• Altération de la diffusion

• Shunt

• Déséquilibre ventilation/perfusion

Que se passe-t-il lors d’une altération de la ventilation ?

Moins d’air frais atteint les alvéoles → moins d’O₂ disponible pour le sang.

Qu’est-ce qui altère la diffusion d’O₂ ?

Épaississement de la membrane alvéolo-capillaire.

Conséquence d’une altération de diffusion ?

L’O₂ diffuse moins → hypoxémie.

Qu’est-ce qu’un shunt pulmonaire ?

Passage de sang non oxygéné (sang veineux) du côté artériel sans passer par les alvéoles.

Que se passe-t-il si le rapport ventilation/perfusion est altéré ?

Moins d’O₂ dans le sang même si certains paramètres restent normaux.

🟥 Altération de la ventilation

Quelle est la PO₂ de l’air sec dans les voies respiratoires ?

(760 – 47) × 0,21 = 150 mmHg (à cause de la vapeur d’eau)

🟥 Altération de la ventilation

Quelle est la PO₂ dans les alvéoles en situation normale ?

Environ 100 mmHg

🟥 Altération de la ventilation

Quelle est la PO₂ dans les tissus ?

Variable, jusqu’à 1 à 3 mmHg

🟥 Altération de la ventilation

Pourquoi la PO₂ alvéolaire reste-t-elle stable malgré la respiration discontinue ?

Grâce à la diffusion constante dans les dernières étapes.

Remarque : l’air arrive selon un flux discontinu (15x/min) et les capillaires sont aussi perfusés de façon non constante. Le coeur droit envoie du sang de façon pulsée.

🟥 Altération de la ventilation

Quelle est la PCO₂ normale dans les alvéoles ?

40 mmHg

🟥 Altération de la ventilation

Quelle est la première cause d’hypoxémie ?

L’hypoventilation. Il y a moins d’air frais amené au niveau des alvéoles mais le sang continue à emporter l’O2.

🟥 Altération de la ventilation

Conséquences de l’hypoventilation sur la PO₂ alvéolaire ?

Diminution de la PO₂ → par ex. 60 mmHg au lieu de 100 mmHg.

🟥 Altération de la ventilation

Conséquences tissulaires de l’hypoventilation ?

Au niveau des tissus, l’équation de Fick est toujours valable : le gradient d’O2 diminue → Diffusion moins efficace → Hypoxie des tissus

🟥 Altération de la ventilation

D’où provient tout le CO₂ expiré ?

Du gaz alvéolaire.

🟥 Altération de la ventilation

Formule reliant volume de CO₂ produit et ventilation alvéolaire ?

Volume de CO₂ produit en fonction du temps= Ventilation alvéolaire × Fraction de CO₂ (FCO₂= pourcentage de CO2 sur 100)

🟥 Altération de la ventilation

Comment la PCO₂ est-elle reliée à la ventilation alvéolaire ?

PCO₂ = FCO₂ × constante
→ Ventilation alvéolaire = (Volume CO₂ / PCO₂ )× constante

🟥 Altération de la ventilation

Si la ventilation est divisée par 2, que devient la PCO₂ ?

Elle est multipliée par 2.

🟥 Altération de la ventilation

Type de relation entre ventilation alvéolaire et PCO₂ ?

Relation inverse directe (↑ ventilation → ↓ PCO₂ et inversement).

🟥 Altération de la ventilation

De quoi dépend la PO₂ alvéolaire ?

De l’équilibre entre :

• L’apport d’air frais (inspiration)

• La consommation d’O₂ par le sang (diffusion vers les capillaires)

🟥 Altération de la ventilation

Quelle est la formule de l’équation des gaz alvéolaires ?

PAO₂ = PIO₂ - (PACO₂ / R) + facteur de correction

• PIO₂ = Pression inspirée en O₂

• PACO₂ = Pression alvéolaire en CO₂

• R = Quotient respiratoire (CO₂ produit / O₂ consommé, en général 0,8)

• Facteur de correction ≈ +2 mmHg (souvent négligé)

🟥 Altération de la ventilation

Quelle est la PAO₂ normale avec PACO₂ à 40 mmHg et PIO₂ à 150 mmHg ?

PAO₂ = 150 - (40 / 0,8) = 100 mmHg car le sang va emporter la même quantité d’O2 que ce qui arrive.

🟥 Altération de la ventilation

Que se passe-t-il pour le CO₂ lors d’une hypoventilation ?

La PACO₂ double → passe de 40 à 80 mmHg

🟥 Altération de la ventilation

Que devient la PAO₂ si la ventilation est divisée par 2 ?

PAO₂ = 150 - (80 / 0,8) = 50 mmHg

🟥 Altération de la ventilation

Pourquoi la PAO₂ chute lors d’une hypoventilation ?

Car l’augmentation de CO2 dans l’alvéole réduit mécaniquement la PO2 (relation inverse via l’équation)

🟥 Altération de la ventilation

Si PAO₂ chute à 50 mmHg, comment la remonter à 100 mmHg ?

→ utiliser l’équation à l’envers : fixer PAO2 = 100 et calculer la nouvelle PIO2

🟥 Altération de la ventilation

Quelle formule utiliser pour calculer la fraction inspirée en O₂ (FiO₂) ?

PIO₂ = FiO₂ × (760 – 47) = FiO₂ × 713
→ FiO₂ = PIO₂ / 713

🟥 Altération de la ventilation

Quelle FiO₂ est nécessaire pour retrouver une PAO₂ de 100 mmHg si PACO₂ = 80 ?

PIO₂ = 100 + (80 / 0,8) = 200
→ FiO₂ = 200 / 713 = 28 %

🟥 Altération de la ventilation

Avec combien de % d’O₂ faut-il ventiler un patient hypoventilant pour retrouver une PO₂ normale ?

Environ 28 % d’O₂, réalisable avec des lunettes à oxygène.

🟥 Altération de la ventilation

Que met en relation l’équation des gaz alvéolaires ?

Elle lie les quantités de O₂ inspiré et CO₂ expiré au niveau des alvéoles.

🟥 Altération de la ventilation

À quoi correspond le quotient respiratoire R ?

R = CO₂ produit / O₂ consommé
→ En général, R = 0,8

🟥 Altération de la ventilation

Que peut causer une hypoventilation ?

Toute dysfonction de la ventilation = toutes les étapes de l’augmentation du volume des poumons (ampliation des poumons) ou l’entrée d’air frais lorsqu’elles ne fonctionnent pas. Cela peut être central.

🟥 Altération de la ventilation

Comment restaurer une PO₂ basse ?

Augmenter la FiO₂ (fraction inspirée d’O₂)

🟥 Altération de la ventilation

Comment restaurer une PCO₂ élevée ?

Normaliser la ventilation (corriger l’hypoventilation)

🟩 Altération de la diffusion

Que se passe-t-il dans un poumon “parfait” ?

• La PO₂ est constante entre le gaz alvéolaire, le capillaire et l’artère pulmonaire

• L’équilibre de diffusion est atteint rapidement

• La diffusion se fait entre le gaz alvéolaire et le capillaire alvéolaire

🟩 Altération de la diffusion

Combien de temps le sang met-il à passer dans un capillaire alvéolaire au repos ?

0,75 secondes

🟩 Altération de la diffusion

En combien de temps l’équilibre de diffusion est-il normalement atteint ?

En 0,25 secondes, soit 1/3 du temps de passage

🟩 Altération de la diffusion

Qu’est-ce qui perturbe la diffusion dans la fibrose pulmonaire ?

• Dépôt de collagène sur la membrane alvéolo-capillaire

• Augmentation de la distance de diffusion des gaz

• Résultat : PO₂ maximale dans le sang ≈ 80 mmHg au repos après 0,75sec

🟩 Altération de la diffusion

Que se passe-t-il si ce patient fait un effort ?

• Le débit cardiaque triple

• Le temps de passage capillaire diminue à 0,25 secondes

• Dans la fibrose : diffusion ralentie → PO₂ tombe à 50 mmHg → catastrophique

🟩 Altération de la diffusion

Pourquoi un sujet sain n’a pas ce problème à l’effort ?

Parce que chez lui, la diffusion est assez rapide pour atteindre l’équilibre en 0,25 s

🟩 Altération de la diffusion

Que se passe-t-il en altitude ?

• Diminution de la PO₂ alvéolaire

• Moins de diffusion → expliqué par l’équation de Fick

🟩 Altération de la diffusion

Que dit l’équation de Fick ?

→ de la différence de pression partielle entre l’alvéole et le capillaire
→ d’un gradient important pour que l’O₂ diffuse bien

🟩 Altération de la diffusion

D’où viennent la majorité des troubles de diffusion ?

De la membrane alvéolo-capillaire (passage du gaz entre alvéole et capillaire)

🟩 Altération de la diffusion

L’hypoventilation peut-elle aggraver les troubles de diffusion ?

Oui, car une PO₂ alvéolaire plus faible → moins de gradient → moins de diffusion

🟩 Altération de la diffusion

Qu’est-ce qu’une embolie pulmonaire ?

• Thrombus souvent formé dans les membres inférieurs

• Se détache → passe dans le cœur droit → rejoint la circulation pulmonaire

• Bouchons dans les artères pulmonaires

Note : Une embole est un caillot ou un thrombus qui est passé d’un vaisseau à l’autre et qui est bloqué dans un vaisseau et donc bloque une partie de la circulation.

🟩 Altération de la diffusion

Que se passe-t-il si ¾ de la circulation est bouchée ?

• Le débit cardiaque continue, mais passe sur un petit territoire

• Le sang traverse les capillaires en 0,10 secondes
  → Même une personne normale n’a pas le temps de diffuser l’O₂

🟩 Altération de la diffusion

Quelle conséquence pour l’O₂ dans ce cas ?

• Le sang est éjecté trop vite

• L’équilibre alvéolo-capillaire n’est pas atteint

• Résultat : trouble de diffusion même chez un sujet sain

🟩 Altération de la diffusion

Quel est le temps minimum nécessaire à l’équilibre de diffusion ?

Environ 1/3 du temps de passage capillaire = 0,25 secondes

🟩 Altération de la diffusion

Que peut-il se passer même chez un patient normal si le débit augmente brutalement ?

L’O₂ n’a pas le temps de diffuser → apparition d’un trouble de diffusion

🟨 Shunts

Qu’est-ce qu’un shunt ?

Ajout de sang non oxygène après les capillaires alvéolaires → mélange avec le sang oxygéné

🟨 Shunts

Quels sont les 2 types de shunts physiologiques ?

• Artères bronchiques (artères systémiques provenant de l’aorte et des intercostales) :

  • Irriguent les grosses bronches

  • Le sang veineux est en minorité repris après les alvéoles
    → Ce sang n’est pas oxygéné

• Veines de Thebesius :

  • Ramènent le sang veineux du ventricule gauche

  • Se jettent dans le ventricule gauche directement

  • Petite partie du débit coronaire

🟨 Shunts

Quelle est la conséquence de ces shunts physiologiques ?

Une diminution de quelques mmHg de PO₂

🟨 Shunts

Qu’est-ce qu’un shunt pathologique ?

• Ex : transposition des gros vaisseaux à la naissance

• Des vaisseaux ramènent du sang non oxygéné vers le cœur gauche
  → Le sang veineux n’est jamais passé par les alvéoles

🟨 Shunts

Que faut-il faire dans ce cas ?

• Le plus souvent → chirurgie

• Sinon, les patients vivent difficilement avec

🟧 Altération du rapport ventilation/perfusion (V/Q)

🟧 Altération du rapport ventilation/perfusion (V/Q)

Quelle est la cause la plus fréquente d’une altération des échanges gazeux ?

L’altération du rapport ventilation/perfusion.

🟧 Altération du rapport ventilation/perfusion (V/Q)

Que représente le schéma avec le mélangeur ?

• Le gaz est représenté par le colorant.

• L’O2 est amené en permanence par la ventilation.

• Le flux d’eau représente la sortie de l’O2 par la circulation.

• Le mélangeur représente la diffusion dans les alvéoles/poumons.

• La concentration du colorant (O2 alvéolaire) dépend de la vitesse d’apport (ventilation) et d’élimination (circulation).

🟧 Altération du rapport ventilation/perfusion (V/Q)

D’où proviennent les 100 mmHg d’O2 dans les alvéoles ?

Ils proviennent d’un équilibre entre l’air frais amené par la ventilation et l’O2 emporté par le sang via la circulation.

🟧 Altération du rapport ventilation/perfusion (V/Q)

Quels sont les deux facteurs qui déterminent la concentration de colorant (O2) dans le gaz alvéolaire ?

• La vitesse d’apport du colorant = ventilation

• La vitesse d’élimination du colorant = perfusion

🟧 Altération du rapport ventilation/perfusion (V/Q)

Quelle est la formule du rapport ventilation/perfusion (V/Q) ?

La concentration est égale à la ventilation divisée par la perfusion (V/Q = V / Q).

🟧 Altération du rapport ventilation/perfusion (V/Q)

Ce rapport est-il valable uniquement pour l’O2 ?

Non, il est aussi valable pour d’autres gaz.

🟧 Altération du rapport ventilation/perfusion (V/Q)

Que représente la situation A dans une unité fonctionnelle pulmonaire normale ?

• Alvéole : PO2 = 100 mmHg, PCO2 = 40 mmHg

• Sang arrivant : PO2 = 40 mmHg, PCO2 = 46 mmHg

🟧 Altération du rapport ventilation/perfusion (V/Q)

Que se passe-t-il en cas de ventilation nulle (cas B) ?

• Le rapport V/Q diminue.

• L’unité est perfusée mais non ventilée.

• Il y a une égalisation entre le contenu alvéolaire et le sang.

• À l’équilibre : PO2 = 40 mmHg, PCO2 = 45 mmHg

🟧 Altération du rapport ventilation/perfusion (V/Q)

Que se passe-t-il en cas de perfusion nulle (cas C) ?

• Le rapport V/Q tend vers l’infini (division par zéro).

• CO2 = 0 (plus de sang pour en amener).

• O2 = pression inspirée = (760 – 47) × 0,21 = 150 mmHg.

🟧 Altération du rapport ventilation/perfusion (V/Q)

Ces trois situations (A, B, C) sont-elles réalistes ?

Non, ce sont des caricatures. En réalité, les rapports V/Q dans le poumon sont très variables.

🟧 Altération du rapport ventilation/perfusion (V/Q)

Pourquoi le rapport V/Q n’est-il pas constant dans un poumon en position debout (ou assise) ?

• Ventilation et perfusion sont plus grandes aux bases.

• Mais la perfusion diminue plus rapidement que la ventilation en montant dans le poumon.

• Ainsi, le rapport V/Q varie avec la hauteur.

🟧 Altération du rapport ventilation/perfusion (V/Q)

Où trouve-t-on un rapport V/Q égal à 1 dans le poumon en position verticale ?

Aux alentours de la 3e côte.

🟧 Altération du rapport ventilation/perfusion (V/Q)

Que se passe-t-il au-dessus de la 3e côte ?

Le rapport V/Q est supérieur à 1 car la ventilation est plus importante que la perfusion.

🟧 Altération du rapport ventilation/perfusion (V/Q)

Que se passe-t-il en dessous de la 3e côte ?

Le rapport V/Q est inférieur à 1 car la perfusion est plus importante que la ventilation.

🟧 Altération du rapport ventilation/perfusion (V/Q)

Que signifie le fait que le poumon soit hétérogène ?

Toutes les unités pulmonaires ne se comportent pas de la même manière ; elles ont des rapports V/Q différents.

🟧 Altération du rapport ventilation/perfusion (V/Q)

Quels sont les niveaux de PO2 et PCO2 en haut et en bas du poumon ?

• En haut : PO2 = 132 mmHg, PCO2 = 28 mmHg

• En bas : PO2 = 89 mmHg, PCO2 = 42 mmHg

🟧 Altération du rapport ventilation/perfusion (V/Q)

Pourquoi la PO2 est-elle plus élevée en haut qu’en bas du poumon ?

Parce qu’en haut, il y a plus de ventilation que de perfusion → plus d’O2 est ajouté qu’il n’en part.

🟧 Altération du rapport ventilation/perfusion (V/Q)

🟧 Altération du rapport ventilation/perfusion (V/Q)

Pourquoi la PCO2 est-elle plus basse en haut qu’en bas du poumon ?

Parce qu’en haut, on ventile avec de l’air frais sans CO2 et il y a peu de perfusion. Alors qu’en dessous, on ventile moins bien et il y’a beaucoup de sang qui amène du CO2 (il amène 46 mmHg de CO2)

🟧 Altération du rapport ventilation/perfusion (V/Q)

Quels sont les niveaux de pH en haut et en bas du poumon ?

• En haut : pH = 7,51

• En bas : pH = 7,39

🟧 Altération du rapport ventilation/perfusion (V/Q)

Quelle est la conséquence de ces différences de PO2 sur la localisation de la tuberculose ?

• La tuberculose touche les lobes supérieurs car ils contiennent plus d’O2 (PO2 = 132 mmHg).

• Les germes ayant besoin d’O2 s’y développent mieux.

🟧 Altération du rapport ventilation/perfusion (V/Q)

Quelle observation a été faite chez les chauves-souris concernant la tuberculose ?

• Chez les chauves-souris vivant la tête en bas, les germes similaires à la tuberculose se localisent dans les bases pulmonaires.

• Cela s’explique par l’inversion du rapport V/Q.

🟧 Altération du rapport ventilation/perfusion (V/Q)

Où se déposent préférentiellement les dépôts de calcium dans le poumon ?

Aux endroits où le pH est plus basique à savoir vers le haut des poumons

🟧 Altération du rapport ventilation/perfusion (V/Q)

Pourquoi une zone bien ventilée mais peu perfusée ne compense-t-elle pas une zone mal ventilée mais bien perfusée ?

• Car la zone peu perfusée contribue peu au mélange

  • Même si elle contient beaucoup d’O2, ce n’est pas suffisant pour compenser une zone bien perfusée mais mal ventilée

🟧 Altération du rapport ventilation/perfusion (V/Q)

Que montre l’exemple des trois unités respiratoires (ventilation/perfusion) ?

• unité 1 : perfusion =10, ventilation =1 → hypoxémie

• Unité 2 : rapport V/Q → Normale

• Unité 3 → Perfusion = 1 , ventilation =10 → Beaucoup d’O2 mais peu de perfusion → Contribution négligeable

  → Compensation impossible

🟧 Altération du rapport ventilation/perfusion (V/Q)

Pourquoi les déséquilibres V/Q sont-ils une cause majeure d’hypoxémie ?

Parce qu’ils ne peuvent pas être compensés par des zones inversement déséquilibrés

🟧 Altération du rapport ventilation/perfusion (V/Q)

Quelle pathologie illustre bien le trouble du rapport ventilation/perfusion ?

la BPCO

🟧 Altération du rapport ventilation/perfusion (V/Q)

Pourquoi les patients BPCO développent-ils une hypoxie ?

• Les bronches sont abîmées

• Certains unités sont mal ventilées mais bien perfusées

• Cela cause un déséquilibre V/Q et donc une hypoxémie