Cours 8 et debut 9 PDF

Preview

Summary

notes de cours grandes fonctions L3S6...

Description

On part de la désoxyhémoglobine jusqu'à l'oxyhémoglobine qui s'est fixé sur les quatres monomères de notre hémoglobine. On va regarder les échanges gazeux sur le transport des deux gaz respiratoires. Hémoglobine La courbe de saturation, on va regarder le déplacement de la courbe sachant que notre référence est la courbe noir, ce sont des expériences qui ont été faite in vitro, c'est des courbes de dissociation de l'oxygène et de l'HB. On a toujours la pression partielle de l'oxygène (en mmHg) sur l'axe des abscisses et la saturation sur l'axe des ordonnées (en %). Et on va regarder la dissociation de cette fixation, ce qui nous intéresse c'est quand la courbe se déplace vers la droite et vers le bas (= dissociation).

Il faut avoir en référence cette courbe ci (retour diapo 39 ci-dessus) avec 97-98% de fixation lorsque la pression partielle est à 110 mètres notamment au niveau de nos alvéoles, au niveau de la respiration interne on est dans une artère par exemple. Et on a ici la situation qui peut se passer au niveau de nos cellules avec une dissociation qui va de 97,5 à 65% dans les situations normales. Globalement on est dans une situation où lorsque que l'on est à une PO2 tissulaire aux alentours de 40 mmHg on a 32-33% d'O2 qui va se dissocier de l'HB et qui va permettre de distribuer cet oxygène aux cellules. On va regarder le détachement de l'oxygène sur chacun des hèmes. On va s'intéresser au phénomène de dissociation autrement dit la distribution d'oxygène. Il y a des régulations à connaître, les trois régulations à connaître sont les régulations imposées par le pH qui porte le nom de la personne qui l'a mis en évidence : c'est l'effet Bohr, ensuite on a l'effet de la température puis l'effet d'une molécule qui va apparaître dans le métabolisme de l'hématie, cette molécule c'est le 2-3 diphosphoglycérate = 2-3 DPG. C'est un métabolite (2-3 DPG) qui apparaît lorsque que l'on est dans une situation où il y a peu d'oxygène, où on favorise la glycolyse en milieu anaérobique et donc on verra qu'il y a une réaction particulière qui permet d'aboutir à ce métabolite. Le 23DGF va pouvoir se fixer sur l'HB et rentrer en compétition avec l'O2. L'autre régulation classiquement décrite qui permet la variation de cette molécule (qui favorise la dissociation) c'est ce qui se passe en altitude. En altitude la pression partielle de l'oxygène va baisser et on va également favoriser la glycolyse

anaérobique et la production du 2-3 DPG. Dans les réponses adaptatives à l'altitude on a la libération du 2-3 DPG. La première régulation : L'effet de pH (= effet Bohr) quand on a une activité métabolique supérieur à la normale quand on passe de la situation du repos à la situation d'un effort physique, nos cellules consomment plus d'oxygène et surtout vont produire plus de CO2. On a la pression partielle du CO2 sera supérieur au 46 mmHg au repos on va avoir des valeurs beaucoup plus importantes. Localement autour de ces cellules qui ont une activité métabolique plus importante on aura une diminution du pH ça se joue au dixième d'unité du pH. C'est ce que l'on a ici dans la courbe de dissociation en haut ou 7,4 c'est le pH physiologique et si on diminuait le pH et la courbe qui nous est représenté ici c'est 7,2. En cas de respiration au niveau tissulaire, au niveau des échanges si on se positionne avec une pression partielle d'oxygène à 40 mmHg, pour la courbe avec un pH de 7,4 si on regarde la saturation normalement on arrive à des valeurs aux alentours de 65% de saturation. C'est le chiffre qui correspond à une situation normale avec une pression partielle à 40 mmHg et on rajoute la notion de pH physiologique 7,4 on est donc aux alentours de 65% de saturation. Par contre quand on diminue le pH, la courbe se déplace vers la droite et vers le bas et au lieu d'avoir 65% on va avoir un chiffre qui est plus faible par exemple une valeur de 60%. Si on baisse la saturation on va augmenter la dissociation. Il y a plus d'oxygène qui va se séparer de l'HB et donc cela va devenir une situation favorable ou il y aura plus d'oxygène qui va être distribué à nos cellules. La baisse d'affinité, la baisse de la saturation à un intérêt physiologique c'est que cela va faciliter la libération d'oxygène et cela va augmenter l'approvisionnement en oxygènes de nos cellules. Et plus le pH va diminuer et plus on aura une libération importante. Quel est la raison de tout ce mécanisme ? C'est qu'il y a une compétition entre le proton et la forme réduite de la fixation d'HB -> HB-H L'HB lorsqu'elle est fixée à un proton (HB-H) = forme réduite de l'hémoglobine que l'on appelle la désoxyhémoglobine. Et donc c'est la situation où on va avoir moins d'oxygènes qui se fixera sur l'HB et la baisse de la saturation va favoriser cette dissociation. La deuxième régulation : L'autre paramètre c'est toujours dans le même ordre si on a une activité métabolique plus importante toujours localement au niveau des cellules on va augmenter la température. Et quand on augmente la température (courbe du bas) on a également le

déplacement de la courbe vers le bas et vers la droite donc on va augmenter la dissociation. On part du principe qu'à 37°C on est alentour de 65 %. Si on augmente la température à 43°C on est peut-être à 55% de saturation. Le fait de passer de 65 % dans la condition où on est a 37°C et 55 % dans la condition ou on est a 43°C ce sont des expériences qui ont été faite in vitro (il n'y a aucune raison physiologique pour que localement la température augmente à 43°C) mais sur le principe on abaisse la saturation. Le différentiel entre les deux valeurs 98% vs 55% - on augmente donc le différentiel et on aura une libération d'autant plus importante d'O2. C'est toujours le même principe en baissant la saturation, l'affinité on augmente la distribution d'oxygènes à nos tissus pour faire face à l'augmentation du métabolisme. La troisième régulation : le 2-3DPG On à la glycolyse et dans des conditions où il y a peu d'oxygène on va activer une voie alternative qui va permettre la synthèse du 2-3 DPG et cette molécule va rentrer directement en compétition avec l'O2. Elle va se fixer sur l'hémoglobine sur le même site de fixation que l'oxygène et cela va baisser la saturation et cela va donc augmenter la libération d'oxygène C'est un des processus classiques que l'on observe (comme par exemple dans l'adaptation à l'altitude). Il y a d'autres hormones qui sont capable de réguler la formation de ce métabolite : les hormones thyroïdiennes, les hormones de croissance, les catécholamines (NA et A) ont été décrite comme favorisant l'accumulation dans nos cellules de ce métabolite. Ce métabolite par compétition sur l'HB va favoriser la libération d'oxygène. Toutes ces hormones qui ont des effets anabolisants ou qui vont augmenter le métabolisme vont également favoriser la distribution d'oxygènes au niveau de nos tissus. Une partie du CO2 est transporté par l'HB, le CO2 se fixe sur l'HB pas au même endroit que l'O2 mais il y a un transport médié par l'HB du CO2. Il y a un autre gaz le CO (= le monoxyde de carbone ) qui est un puissant agent qui a une super affinité sur l'HB plus de 200 fois et va rentrer en compétition avec l'O2. Chaque année on a des intoxications au CO classiquement quand on met nos chaudières en route et qu'elles sont mal réglé. Ce gaz même s'il est à 0,5 % s'il apparaît suite à un mauvais réglage ce gaz du fait de sa très forte affinité va rentrer en compétition avec l'O2. Et si le % du CO augmente trop dans une pièce on a des situations ou on aura une asphyxie des personnes se trouvant dans la pièce avec des malaises ou voir des morts car ce CO sera rentrer en compétition totale avec l'O2 ce qui conduit à la mort de l'individu. Le CO2 se fixe sur l'HB mais c'est ailleurs sur l'HB que le CO se fixe encore avec une meilleure affinité en compétition avec l'O2.

L'autre forme de transport des gaz qui va nous intéresser c'est le CO2. Changement des % non pas que les valeurs étaient fausses mais c'était des valeurs qui nous donnaient les limites inférieures et supérieur de variations entre les situations au repos , entre les situations face à un effort physique et entre les situations si on était dans du sang veineux ou artérielles. Transport du CO2

L'O2 c'était 3 ml d'oxygène dissous par litre de sang. Le CO2 c'est 27 ml. Si on regarde la solubilité des deux gaz, le CO2 est beaucoup plus soluble que l'O2. Le chiffre à retenir c'est 27 ml de CO2 par litre de sang. Avec nos 5 litres de sang en moyenne, on a 7% du transport du CO2 qui se fait sous la forme dissous c'est une forme minoritaire. C'est plus élevée que les 2 ou 3% de l'O2 dissous. L’Hb fixe le co2 sur les fonction amine et proteine plasmatique . Sur l'HB le deuxième chiffre à retenir c'est 23% qui est également une forme minoritaire. Le CO2 va pouvoir se fixer sur l'HB et surtout la fixation ne se fait pas au même endroit. La liaison qui va être faite c'est sur une liaison amine -NH2 de l'HB on va avoir une réaction qui va permettre de former des composés appelés carbaminés qui vont donner naissance à des molécules carbhémoglobines (HB-NHCOO-). Le CO2 réagit avec le NH2 et cette réaction va être responsable globalement de 20% du transport de l'HB. Sachant qu'il aura la même réaction avec les protéines plasmatiques. Les protéines sont dans le plasma sanguin et la protéine majoritaire est l'albumine et sur cette albumine il y a aussi des couples –NH2 qui sont libres et il y aura le même type de réaction avec les fonctions amines de l'albumine. On fait la somme de deux et on estime qu'il y a 23% du CO2 qui est transporté globalement sous forme de carbhémoglobine. Et on additionne la carbhémoglobine mais également l'ensemble des réactions qui ont pu avoir lieu sur d'autres des protéines. On arrive donc sur un flux totale d 23%. 7% et 23% restent des formes de transports minoritaires et la forme majoritaire à retenir c'est la forme d'hydrogénocarbonates : ion bicarbonate HCO3-. On a une réaction d'hydratation du CO2, on rajoute de l'eau sur le CO2 on obtient de l'acide carbonique c'est un acide faible (H2CO3) qui se dissocie ensuite libérant un proton H+ et on tombe sur l'ion bicarbonate (HCO3-). Cette réaction a lieu dans le plasma sanguin, elle est non catalysée donc très lente on se retrouve avec 5 % du CO2 transformer en hydrogénocarbonate par une réaction chimique lente. Dans les hématies il y a une enzyme particulière : l'anhydrase carbonique qui va catalyser la réaction d'hydratation. On va augmenter très fortement

la formation d'acide carbonique et ensuite sa dissociation en ion bicarbonate. C'est la forme majeure, la réaction est catalysée dans les hématies avec 65%. La forme majoritaire de transport se fait via les ions hydrogénocarbonates (70%) On fait la somme des deux 65% dans les hématies et 4% dans le plasma = on est sur la forme de la totalité des hydrogénocarbonates = 70% qui est la forme de transport majoritaire. Tout se trouve dans le plasma car les hydrogénocarbonates fabriquer dans les hématies vont sortir par le phénomène Hamburger qui grâce à un échangeur présent au niveau de la membrane des hématies (c'est une protéine de la bande 3 qui est un antiport) on aura une sortie de HCO3- et une entre de Cl-. Il marche dans les deux sens soit le HCO3- sort et le Cl- rentre ou bien le HCO3- rentre et le Cl- sort. Dans notre cas on va avoir une sortie de HCO3- et une entrée de Cl-. Échange gazeux tissulaire à connaître

Ce schéma récapitule la totalité des échanges gazeux a connaître au niveau tissulaire. On est dans la respiration interne. On a une cellule à gauche avec une pression partielle d'O2 à 40 mmHg et dans le sang hématosé on a une pression partielle d'O2 à 100 mmHg. Pour le CO2 c'est l'inverse, il y a plus de CO2 dans la cellule au moins 46 mmHg = situation au repos, si le métabolisme est augmenter dans la cellule cela augmente et dépasser les 46 mmHg. Ici la situation détaillé est au repos. Dans le sang hématosé on a la pression de l'oxygène qui est à 40 mmHg. Comment se passe les échanges gazeux ? On va rester sur le CO2 La flèche en haut : c'est la forme de transport dissous dans le plasma sanguin (7%). Le CO2 est très soluble dans l'eau et on a donc 7% du CO2 transporté dissous dans le plasma sanguin. Le gradient de pression partielle du CO2 46 mmHg dans la cellule et 40 mmHg dans le compartiment sanguin, le CO2 va de la gauche vers la droite. L'HB va être capable de fixer le CO2, l'HB va prendre en charge le CO2 et il va réagir avec les groupements amines et on va former la carbhémoglobine et qui est responsable de 23 % des transports du CO2. La forme de transport majoritaire c'est la formation de HCO3-, à 65% cela se fait dans l'hématite et 5% on a la même réaction non catalysée qui se fait dans le plasma sanguin. L'effet Hamburger : on a HCO3- qui va être pris en charge par la protéine la bande 3 par l'antiport HCO3-/Cl-. Le HCO3- va sortir et se retrouver en totalité dans le plasma sanguin (ce qui ont été former dans l'hématie vont sortir) = phénomène d'hamburger.

Au niveau de l'échangeur on voit que l'électroneutralité est conservée il y a la sortie d'une charge négative HCO3- (le 3 c'est pour rappeler qu'il y a 3 oxygènes, il y a une seule charge) et on va avoir une entrée de Cl- on voit donc au niveau des charges qu'il n'y a pas de déficit. L'entrée de Cl- aura une conséquence physiologique c'est qu'un peu d'eau va rentrer par osmose et cela va provoquer le gonflement de nos hématies. Nos hématies dans cette situation du sang au niveau des échanges tissulaires, les hématies ont un diamètre légèrement supérieur à la situation de la respiration externe au niveau de nos alvéoles. L'effet Haldane détermine que lorsque l'on a du CO2 fixer sur l'HB, on de la carbhémoglobine qui est produite et elle va empêcher la fixation de l'O2. A l'inverse la désoxyhémoglobine (hémoglobine qui à fixer le moins d'O2) fixe beaucoup de CO2 Il y a donc une relation inverse entre la carbhémoglobine (la fraction qui à fixer du CO2) et l'HB oxygéné qui à fixer l'O2. Moins l'HB a d'O2 plus elle va fixer le CO2. Plus on aura de carbhémoglobine plus on aura de CO2 fixer sur l'HB moins on aura de désoxyhémoglobine et plus on va relarguer de l'O2. L'effet Haldane notée H sur la diapositive, on est dans une situation où on va former beaucoup de carbhémoglobine il y aura 23% du CO2 qui sera transporté par l'HB on va donc augmenter la formation de carbhémoglobine. Plus on a de carbhémoglobine qui est formé, moins on aura d'O2 qui s'est fixé sur l'HB. On va favoriser la dissociation et la dissociation c'est l'HB-O2 qui va libérer de l'O2. Plus il y a de CO2 qui se fixe sur l'HB moins il y a d'O2 fixer sur l'HB et ça va favoriser la libération d'O2. L'oxygène dans l'hématie est de 100 mmHg et au niveau de la cellule l'O2 est de 40 mmHg, l'oxygène va aller de la droite vers la gauche pour une distribution de cet oxygène. Il y aura une dissociation. L'effet Bohr : au cours de la réaction qui est tout en haut, la formation d'hydrogénocarbonate va favoriser la libération de proton et va donc générer une légère acidification du milieu. Ces protons par l'effet Bohr, la diminution du pH (les protons vont rentrer en compétition avec l'HB saturer, le proton aura tendance à se fixer sur l'HB = HB-H forme réduit) va favoriser la production de HB-H réduit et c'est de l'HB qui n'a plus fixer d'O2 donc c'est la désoxyhémoglobine (on va favorise la réaction dans le sens de la dissociation). Donc la diminution du pH va favoriser la production d'HB réduit, va diminuer la quantité de désoxyhémoglobine et cela participe également à une libération plus importante d'oxygène au niveau tissulaire. Les trois effets vont dans le même sens, ils vont favoriser la dissociation de l'O2 sur l'HB et favoriser la distribution de l'O2 au niveau tissulaire.

C'est l'ensemble des mécanismes décrit pour le transport de l'O2, du CO2 au niveau tissulaire. Sur le même principe on a l'ensemble des échanges au niveau pulmonaire dans nos alvéoles. Les échanges, les réactions enzymatiques ainsi que les équilibres, tout ce qui se passe dans les poumons se passe en sens inverse à ce qui a été présentée jusqu'à maintenant. Échanges gazeux alvéolaire

Au niveau pulmonaire Tout ce qui se passe dans le pouvons se passe en sens inverse (toutes les flèches ont changées de sens). Dans les alvéoles la pression partielle du CO2 est à 40 mmHg alors que dans notre compartiment sanguin la pression partielle du CO2 est à 46 mmHg. Le CO2 va aller de la droite vers la gauche. La pression partielle de l'O2 est de 104 mmHg dans les alvéoles et la pression partielle de l'O2 est de 40 mmHg dans le sang non hématosé. Selon le gradient de pression et selon les réactions enzymatiques décrites tout va être inverser l'oxygène va aller de la gauche vers la droite et on va favoriser la fixation d'oxygène sur l'HB. On aura une fraction de 2 à 3% d'O2 dissous dans le plasma sanguin. Pour le CO2 c'est toutes les flèches en sens inverse de ce qui a été présenter au niveau tissulaire y compris pour l'effet hamburger. Cette fois ci le HCO3- va rentrer et l'ion chlore va sortir et on va avoir une diminution de la taille des hématies. L'effet Haldane est également inversé : plus l'HB fixe de l'oxygène moins on aura formation de carbhémoglobine donc du CO2 est libérer. Dans la partie du cours qui suit on va s'intéresser à ce qui permet de réguler la ventilation. Facteurs physiques modulant la ventilation

On va commencer par quelque chose de purement physiques purement mécanique. La compliance c'est la mesure qui permet de déterminer les variations de volume en fonction des variations de pression. Unité -> ml par unité de pression . La courbe de compliance pour notre poumon est assez complexe, on a les variations de volume, les petites vagues c'est la respiration courante lorsque l'on est au repos c'est les fameux 500 ml que l'on inspire et que l'on expire puis on a le VRI = volume de réserve respiratoire qui est le volume d'air qu'on peut inspirer en inspiration forcée et le VRE = volume d'air que l'on peut expirer au cours d'un expiration forcée.

Les variations sur 500 ml avec 3,1 litres en haut et 1,2 litres en bas. C'est les variations de volume sur l'axe de ordonnées et sur l'axe des abscisses on a les variations de pression (retour sur la diapo pg 25, je vous l'ai remise ici juste pour que vous compreniez la phrase, sinon après cette diapo la phrase 'On a quelque .. " ça reparle de la diapo juste au-dessus).

On a quelque chose qui n'est pas linéaire on a deux points d'inflexions (entourer en rouge). C'est assez complexe au niveau du poumon et en réalité c'est encore plus complexe car notre poumon est liée et est solidaire de notre cage thoracique. Pour rendre compte au mieux des phénomènes de respiration il faut tenir compte du phénomène de compliance du poumon et de la compliance de la cage thoracique. Il faut donc regarder les deux phénomènes. Ce qui nous intéresse le plus dans ce cours c'est la compliance pulmonaire. La pente la plus importante c'est au niveau du CRF = capacité résiduelle fonctionnelle, c'est le moment où après une expiration courante. Ensuite ce CRF définis le volume d'air qui reste au fond de nos poumons après une expiration normale. Dans les situations normales la capacité résiduelle fonctionnelle c'est 2,4 litres chez l'homme adulte. C'est le moment ou on a la compliance la plus élevé, c'est le moment où l'organisme va dépenser le moins d'énergie et générer une puissance de contraction la plus faible pour réaliser le gonflement de nos poumons pour que l'air puissent rentrer. L'objectif c'est d'augmenter nos poumons pour que la pression baisse (pression négative) pour que l'air puissent rentrer. Au fur et à mesure que l'air rentre dans les poumons la compliance baisse, la pente va être la plus faible tout en haut (on arrive presque à un plateau- au fur et à mesure qu'on monte la pente va diminuer). Dans cette situation au fur et à mesure que l'air rentre si la compliance est faible c'est le moment où l'organisme va dépenser le plus d'énergie pour essayer de remplir au maximum notre poumon. Quand on est au début le remplissage se fait très facilement et au fur et mesure qu'on a de l'air présent dans nos poumons pour remplir les 200/300 ml qui reste on va développe...