Les échanges gazeux

PHYSIOLOGIE (Cours n°3)

1. Echanges gazeux

Les échanges gazeux vont comprendre l’entrée de l’oxygène et la sortie du dioxyde de carbone. Le phénomène va se passer au niveau des alvéoles.

C’est un phénomène passif donc il n’y a pas d’intervention de pompe.

Ces échanges sont régis par la loi de Fick : transferts des molécules X à travers une membrane.

Une quantité de molécules X (O2, CO2 mais qui peuvent aussi être des calories) qui passe par l’unité de temps (de l’alvéole vers le sang ou inversement) est égale à une constante complexe K (qui fait intervenir plusieurs paramètres) qui rencontre des propriétés physico-chimiques de X, multiplié par S (surface d‘échange : alvéolo-capillaire).

[∆ est la différence de concentration des deux milieux séparés par une paroi. On va considérer comme la différence de pression partielle entre l’alvéole et le sang. E est un diviseur (épaisseur de la paroi)]

[pic 1]

Pp : pression partielle

Pour l’oxygène, delta est positif (sens alvéole ⇨ capillaires)

Pour le CO2, delta est négatif (sens capillaire ⇨ alvéole)

Le signe du delta indique le sens de passage de l’O2.

E est l’épaisseur de la paroi (épaisseur en partant du surfactant jusqu’au sang). C’est une constante (on ne peut pas faire varier l’épaisseur de sa paroi). Son épaisseur est faible et favorise le passage du CO2 et de l’O2.

Plus l’épaisseur est grande, plus les passages se font facilement.

1. Loi de Fick

On a deux compartiments, le passage entre les deux parois va être réglé par la loi de Fick.

Le 2e compartiment est le sang.

Les deux gaz vont devoir se résoudre à ce régime :

Loi de Henry : T= α Pt / t

T : quantité dissoute dans le liquide

α : coefficient de solubilité (propre à chaque molécule)

P : constante, trois cas remarquables :

 Haute montagne (à 8000m. la pression a déjà chuté de moitié)

  O2 sous pression (plongé –subaquatique)

Le coefficient de solubilité de l’O2 est de 0.23ml pour 100mL de sang.

Conclusion : le coefficient de solubilité de l’O2 pour le sang est faible donc la quantité d’O2 dissout est faible, quasi négligeable (moins de 1% de l’O2 transporté).

Comme l’O2 se dissout mal il faut un transporteur : l’hémoglobine.

1. Fonctionnement de l’hémoglobine

L’hémoglobine est une protéine qui est constituée essentiellement d’hématies.

Cette protéine complexe est constituée de 4 unités (globine et air).

Chaque globine est une chaine d’acide aminé (chez l’Homme il existe 2 chaînes différentes : alpha et bêta) alpha ou bêta.

          Cette chaine se replie sur elle-même et forme une petite sphère. Dans chaque sphère, il y a une cavité : l’hème (qui contient l’air).

                Chaque molécule d’hème est constituée de 4 noyaux pentamériques (chacun est composé d’azote et de carbone).

                         Ces 4 noyaux permettent de former un atome de fer. Celui-ci va permettre la fixation de l’oxygène (4 hèmes vont pouvoir fixer 4 O2).

Pour avoir l’hémoglobine, on va associer 4 sphères (2 alpha, 2 bêta).

Les 4 cycles sont reliés ensemble avec une molécule de fer fixée au centre.

Lorsque les concentrations (pressions partielles) en O2 sont très faibles, les 4 cycles sont fermés donc on ne peut pas fixer d’O2.

Au bout d’un moment, l’un des sites va s’ouvrir et capter un O2. Au moment où le site s’est ouvert, les 3 autres sites s’ouvrent  instantanément  et on fixe 3 O2.

Si la concentration en O2 augmente cela provoque l’ouverture de l’un des sites. En s’ouvrant il peut fixer l’oxygène et cela provoque immédiatement une modification spatiale de la protéine, elle bouge. Cela provoque l’ouverture des 3 autres sites qui peuvent donc fixer trois autres oxygènes.

• Au repos, à la sortie des poumons, 100% de l’hémoglobine sera saturée.

Pour que cette saturation se fasse il faut que l’hémoglobine passe un certain temps dans les poumons. Ce temps correspond au temps de passage du sang dans les poumons au repos.

• Pendant un effort, la vitesse du sang augmente  donc le temps de passage dans un organe diminue.

 Lors d’exercices violents, le sang passe trop vite dans nos poumons et il n’a plus le temps de se saturer à 100% (il est saturé seulement à 80%). L’oxygénation et l’aptitude physique sont limitées.

En résumé :

• Au niveau des poumons, l’hémoglobine totale est saturée en O2 et au niveau des tissus elle libère partiellement l’O2.
• La libération ou la captation de l’O2 va être modulée par des agents externes.

Si on prend de l’hémoglobine saturée en O2 et qu’on ajoute du CO2, automatiquement, le CO2 va se fixer partiellement sur l’hémoglobine et provoquer automatiquement le relargage de l’O2.

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