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Composition du sang

Rôle du sang dans le transport de l’oxygène et du gaz

carbonique

MC Becq-Kayal , Hôpital Saint Louis, 2010

JP Onolpho , Université Paris Diderot,2010

JP Onolpho , Université Paris Diderot,2010

JP Onolpho , Université Paris Diderot,2010

JP Onolpho , Université Paris Diderot,2010

JP Onolpho , Université Paris Diderot,2010

JP Onolpho , Université Paris Diderot,2010

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JP Onolpho , Université Paris Diderot,2010

JP Onolpho , Université Paris Diderot,2010

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JP Onolpho , Université Paris Diderot,2010

JP Onolpho , Université Paris Diderot,2010

JP Onolpho , Université Paris Diderot,2010

La création de l’énergie

• Les carburants :

– le tissu adipeux

– le glycogène

• L’étincelle : O2

• La réaction oxydative:

– le cycle de Krebs : production d’ATP (x20)

– Si anaérobiose : production de lactates

Bilan du cycle de Krebs

• Au départ

1 Glucose + 10 NAD + + 2 FAD + 2 ADP + 2 GDP + 4 Pi + 2 H20

• A l’arrivée :

6 CO2 + 10 NADH,H+ + 2 FADH2 + 2 ATP + 2 GTP

• Au total :

– Production d’eau, de CO2, et d’énergie

– Production maximale théorique possible : 38 molécules d’ATP

– Consommation d’oxygène :

• C6H12O6 + 6 O2--> 6 CO2 + 6 H2O

Besoins métaboliques

• Consommation d’O2 (VO2)

– Dépend du poids et de la taille

– 250ml à 300ml/min au repos

– ↓ de 10 à 15% pendant l’anesthésie

– ↓ par l’hypothermie

• Production de chaleur

Transport de l’oxygène (O2) et du gaz

carbonique (CO2)

• Le sang sert d’intermédiaire entre les poumons et les

tissus pour assurer leur approvisionnement en O2, et

l’élimination du CO2 produit.

• L’oxygène est nécessaire à la phosphorylation

oxydative, processus biochimique aboutissant à la

production d’énergie stocké sous forme d’ATP, à

partir du glucose

Role du sang dans le transport en O2

La respiration

• Fournit de l’oxygène atmosphérique à

l’organisme

• Elimine le CO2 produit

• Les échanges gazeux se font au niveau de la

membrane alvéolo-capillaire et sont régis par

la loi de Dalton

Loi de Dalton

• Dans un mélange gazeux, la pression partielle d’un gaz

occupant un volume V est la pression qu’exercerait ce gaz s’il

occupait seul le volume V

• La pression partielle d’un gaz donné dans un mélange gazeux

est égale au produit de la pression totale du mélange gazeux

par la proportion du gaz dans le mélange.

Application

• Dans l’atmosphère :

– P ath = 760 mmHg

– Concentration en O2 = 21 % . Pression de la vapeur d’eau = 0

– => Pression partielle de l’oxygène = 760 x 0,21 = 160 mmHg env.

• L’air inspiré se charge en vapeur d’eau, en CO2 provenant du catabolisme cellulaire, son oxygène diffuse déjà dans les tissus avant d’arriver jusqu’àl’alvéole ; sa pression partielle n’est plus que de 100 mmHg environ.

Passage de l’oxygène de l’alvéole au sang

Va être conditionné par :

– La surface d’échange offerte par les alvéoles

• 200 millions d’alvéoles

• 100m2

– L’épaisseur de la membrane alvéolo-capillaire.

– La solubilité de l’oxygène dans le sang (coeff de solubilité).

– Et par le gradient de pression partielle de l’O2 entre l’alvéole et le

sang

La membrane

alvéolo

capillaireplasma

hématie

épithélium

m. basale

endothélium

1 µm

hémoglobine

O2

O2

Le passage de l’oxygène dans le sang va être réduit si :

• La surface d’échange est réduite (emphysème, embolie pulmonaire…)

• L’épaisseur de la membrane alvéolo-capillaire est augmentée : pneumopathies infectieuses.

Rôle des pressions partielles d’O2 et de CO2 dans les

échanges gazeux au niveau de l’alvéole

artère pulmonaire capillaire veine pulmonaire

40

100

PvO2

45

40

PvCO2

mmHg

PaO2

PaCO2

gradients de diffusion

alvéolo-capillaire

Transport de l’oxygène

• L’O2 existe dans le sang sous deux formes

– 1.5% Oxygène dissoussa concentration est proportionnelle à la pression partielle d’O2 et au coefficient de solubilité de l’O2

• Représente un faible volume (environ 0,3 mL/100 mL dans le sang artériel systémique)

• Insuffisant: VO2 au repos = 300mL/min impose un DC de 100L/min !!!!!

• ↑↑ à FiO2 = 1 ou hyperbare

– 98.5 % Oxygène combiné à l’hémoglobine

• C’est l’oxyhémoglobine

• Forme majeure de transport de l’oxygène

La molécule d’hémoglobine

• Les molécules d'hémoglobine (300

millions)sont les constituants principaux

des hématies .

• Les propriétés de cette molécule lui

permettent de fixer de manière

réversible l'oxygène contenu dans le

sang ; l’hémoglobine à laquelle est fixée

l’oxygène s’appelle l’oxyhémoglobine.

• La molécule d'hémoglobine est

composée de 4 sous-unités protéiques

qui contiennent chacune un noyau

(hème) dans lequel se trouve un atome

de fer .

Facteurs de transport (1)

la nature et la quantité d’hémoglobine

La qualité : Certaines formes d’hémoglobines ne

peuvent transporter l’oxygène

• Hb anormale : la drépanoçytose

• La carboxy hémoglobine : Hb CO (monoxyde de

carbone)

– HB affinité 200 fois plus importante pour le CO que pour

O2

• Méthémoglobine : oxydation du Fe2+ en Fe3+

La quantité : les anémies

Facteurs de transport(2)

la concentration de l’Hb

Pouvoir oxyphorique : 1,39 mL d’O2

• volume maximum d’O2 que peut lier chaque gramme d’Hb

• 1mole (64500g) d’Hb lie 4 moles d’O2 (22400mL)

Capacité en O2

• Volume d’O2 que peut lier au plus un volume de 100 mL de sang

– Ex : si taux d’hémoglobine = 15 g/100 mL,

– capacité en O2 = 15 x 1,39 mL = 20,8 mL

La saturation en O2 de l’Hb

• Quantité d’O2 réellement combinée à l’Hb exprimée en % de la capacité max en O2 de l’Hb

• Normale 97%, patho <93%, dépend de la PaO2

Facteurs de transport(3)

la pression partielle d’oxygène

• Relation PO2/SO2 non linéaire : courbe de

dissociation en S de BARCROFT

– 0-15mmHG croissance lente de SO2

– 15-70mmHg croissance rapide de SO2

– Au-delà inflexion et plateau à 100mmHG

• La P50

– PaO2 de 25 à 30mmHg :SaO2 50%

– Apprécie la valeur fonctionnelle de l’Hb

– Quand P50↑, la courbe est déviée vers la droite

Définitions (3)

• Pression de demi-saturation en O2 (P50)

– PO2 pour laquelle 50% de l’hémoglobine est saturée en O2

– Dans les conditions standard, cette valeur est de 27 mmHg

– Sa valeur diminue lorsque l’affinité de l’hémoglobine pour

l’oxygène augmente = déplacement vers la gauche de la

courbe de dissociation de l’hémoglobine

– Sa valeur augmente lorsque l’affinité de l’hémoglobine

pour l’oxygène diminue = déplacement vers la droite de la

courbe de dissociation de l’hémoglobine

• Augmentation de la température corporelle (exercice physique)

• Diminution du pH ou augmentation de la PCO2

• Augmentation de la PCO2

Facteurs de transportautres facteurs modifiant l’affinité de l’Hb pour L’O2

• L’effet Bohr

• Rôle du CO2

• Rôle de la température

• Rôle du 2-3 diphosphoglycérate

Illustration de l’effet Bohr (muscle, à

l’effort)

• Effet Bohr :

– Augmentation

de la PCO2

– => Relargage de

l’O2 là où

l’organisme en

a besoin.

Représentation graphique de la saturation de l’hémoglobine en fonction de la

pression partielle d’O2 :

courbe de Barcroft (ou courbe de dissociation de l’oxyhémoglobine)

• La valeur de la P50 diminue

lorsque l’affinité de

l’hémoglobine pour l’oxygène

augmente

– Augmentation locale du pH ou

diminution de la PCO2

– Hypothermie

– Diminution du taux de

diphosphoglycérate (DPG)

• On dit que la courbe se déplace

vers la gauche, ce qui traduit

une augmentation de l’affinité

de l’hémoglobine pour

l’oxygène

Représentation graphique de la saturation de l’hémoglobine en fonction de la

pression partielle d’O2 :

courbe de Barcroft (ou courbe de dissociation de l’oxyhémoglobine)

La P50 standard est de 27 mmHg

• La valeur de la P50 augmente

lorsque l’affinité de

l’hémoglobine pour l’oxygène

diminue

– Diminution locale du pH

ou augmentation de la

PCO2

– Augmentation de la t°

– Augmentation du taux de

diphosphoglycérate DPG

• On dit que la courbe se déplace

vers la droite, ce qui traduit une

diminution de l’affinité de

l’hémoglobine pour l’oxygène

• Ce comportement fait dire à M. Perutz, prix Nobel pour ces travaux sur l'hémoglobine :

• "Dans une solution, la répartition de l'oxygène parmi les molécules d'hémoglobines suit donc la parabole du pauvre et du riche ; "Car à tout homme qui a, on donnera et il sera dans l'abondance, mais à celui qui n'a pas, on enlèvera même ce qu'il a". Ce phénomène suggère une communication entre les hèmes au sein de chaque molécule : les physiologistes l'ont appelél'interaction hème-hème."

• M.Pérutz, la structure de l'hémoglobine et le transport

respiratoire, revue Pour la Science N° 16, page 71.

En résumé :

• L’hémoglobine a une affinité variable pour l’oxygène

– Elle est plus importante au niveau de l’alvéole pulmonaire, ce qui lui permet

de se charger davantage en O2

– Elle est plus faible au niveau des tissus, là où ont lieu les processus

biochimiques permettant la production d’énergie à partir des glucides, lipides

et protides, et qui sont tributaires d’un approvisionnement adapté en

oxygène.

Transport de l’oxygène : optimisation de la DO2

• Pour une oxygénation adaptée aux besoins métaboliques des tissus, il

faut

– Une hémoglobine fonctionnelle en quantité suffisante (vecteur)

– Un système de distribution de cette hémoglobine performant

Le système de distribution de l’oxygène :

le débit cardiaque = VES x FC

• VES

– abaissé si défaut de remplissage (hypovolémie) ou insuffisance cardiaque

• FC

– abaissée par médicaments(bêta-bloquants,) ou bloc auriculo-ventriculaire.

Transport du CO2

• Le CO2 est issu du cycle de Krebs décrit plus haut.

• Il est transporté par le sang sous trois formes

– CO2 dissous ; le CO2 est 24 fois plus soluble que l’O2, et la forme

dissoute représente 10% du CO2 éliminé par les poumons

– CO2 sous forme d’acide carbonique

• CO2 + H2O => H2C03

• Cette réaction se fait lentement dans le plasma, plus rapidement dans les

globules rouges, grâce à une enzyme, l’anhydrase carbonique

• Le processus inverse se produit au niveau des poumons 60%

– CO2 combiné aux protéines et à l’hémoglobine, la

carbaminohémoglobine

• La combinaison du CO2 à l’hémoglobine est plus facile lorsque l’hémoglobine

est libérée de l’oxygène (effet Haldane)

• Cette forme de transport représente 20à 30% du CO2 transporté par le sang.

Conclusion

• Au niveau des cellules, l’oxygène permet la création d’ATP, molécule hautement énergétique nécessaire au fonctionnement des systèmes enzymatiques

• Il y est transporté essentiellement par l’hémoglobine, qui doit être fonctionnelle et en quantité suffisante

• La pompe cardiaque joue également un rôle essentiel dans ce transport

• Le CO2 issu des réactions biochimiques permettant la création d’ATP est également transporté par le sang depuis son lieu de production vers les poumons pour une grande partie, où il est éliminé.

Le Transport en Oxygène à l’hôpital Saint Louis