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LA RESPIRATION CHEZ LES
ANIMAUX
Partie 2
TRANSPORT DES GAZ
RESPIRATOIRES
Rappel : loi de Henry
• Solubilité des gaz
dépend de la loi de
Henry
• Cx = ax x Px
• coefficient de solubilité
ax = f(gaz , T°C, S%,
milieu)
• Si P en mmHg
– Cx = ax x Py/760
PO2=0.21 atm
PO2=0.21 atm
• O2 faiblement soluble dans liquide
• D’après loi de Henry :
– 3,24 mL O2/L de sang
• besoin de 250 mL O2/min
• Nécessité d’un apport de 77 L de sang/min au
repos !!
• Autre solution : transporteur = Hb
• Seul la fraction dissoute
du gaz
– Participe à la pression
partielle
– Joue un rôle dans les
mouvements selon
gradient de P
Les pigments respiratoires
Pigments respiratoires
Transport du dioxygène
• Dissolution de l’O2 dans
les liquides est faible : 1.5
% dans le sang
• 98.5 % fixé à une protéine
de transport : hém
• 100 mL de sang
transporte 20 mL O2
– 0.3 mL dissous
– 19.7 mL fixé à Hb
• oglobine
Structure de l’Hb
Hémoglobine
Fixation Hb-O2
• O2 + HHb <=> HbO2
– HbO2 : oxyHb
– HHb : désoxyHb
• Réaction réversible
• La quantité d’O2 qui
se fixe sur Hb dépend
de la PO2
• Courbe sigmoïde =>
effet allostérique
(voir cours enzymo)
• Capacité oxyphorique de Hb :
1,31 mL/g Hb
• [Hb] = 150g/L
• Quantité d’O2 transportable
par Hb :
1,31 x 150 = 200 mL/L sang
• Transport total :
(200 mL/L + 3mL/L) x 5L/min =
1016 mL O2/min
Besoin de 250 mL/min => sang
veineux contient encore les ¾
de l’oxygène (saturé à 75%)
Myoglobine vs Hb
• Haute affinité pour l’O2 :
P50 < 5mmHg
• Favorise le transfert de l’O2 de
l’oxyHb vers la Mb
 Constitution d’un stock
intermédiaire d’O2 disponible
pour le muscle
 Neuroglobine (Ngb) : P50
entre 1,9 et 2,3 mmHg,
spécifique des tissus nerveux,
facilite le passage de l’O2 au
travers la barrière
hématoencéphalique
Fixation O2-Hb f (PO2)
• Saturation : % des sites
de fixation de l’O2
occupés
• PO2 veineux : 40 mmHg
=> saturation de 75%
• PO2 artérielle : 104
mmHg => saturation de
100%
Régulation de la fixation de l’O2
• De nombreux autres
facteurs influencent la
fixation du O2 :
–
–
–
–
pH
PCO2
Température
BPG
• On mesure P50 pour
mesurer effet de ces
facteurs : PO2 nécessaire
pour 50 % de saturation
P50=26-28 mmHg
Hausse de l’affinité
• Courbe déplacée vers la
gauche
– Baisse P50
– PO2 plus faible
nécessaire pour saturer
à 50% Hb
– Hausse de l’affinité de
Hb pour O2
Baisse de l’affinité
• Courbe déplacée vers la
droite
– Hausse P50
– PO2 plus important
nécessaire pour saturer
à 50% Hb
– Baisse de l’affinité de Hb
pour O2
– Hausse de la dissociation
Fixation O2
• Courbe déplacée vers la
gauche
– A PO2 égale, plus d’O2
fixé (moins d’O2 libéré)
Fixation d’O2
Libération d’O2
• Courbe déplacée vers la
droite
– A PO2 égale, moins d’O2
fixé (O2 libéré)
Effet du pH
• pH plus acide dans les
tissus que dans les
poumons (production
lactate et effet lié
libération CO2)
• Déplacement courbe
vers droite
• Libération facilitée d’O2
au niveau des tissus
acide donc actif
• Nommé effet Bohr
Effet de la PCO2
• Effet du CO2 à pH
constant :
Baisse affinité de Hb
pour l’O2
Liée à la fixation du CO2
sur les amines
terminales des globines
Effet de la température
• Hausse T°C tissus actifs
(muscles) => décalage
droite : libération O2
Effet du BPG
• BPG ou (DBG) : 1,3
bisphosphoglycerate
• Présente GR
• Réduit affinité (courbe
vers droite)
• Produit pas glycolyse
dans GR
Effet combiné
CO2 et BPG diminue
affinité pour Hb
Additivité des effets :
suggère que ces effets
sont indépendant
Hb + CO2 et BPG
ressemble a courbe sang
entier : ces 2 substances
normalement présente
dans l’environnement de
l’Hb
Oxymétrie de pouls
Transport du CO2
• CO2 dissous
• Fixation Hb
• Transport sous forme
d’ions bicarbonates
Formation d’ions bicarbonates
• H2O + CO2 <=> H2CO3
– Réaction réversible qui
dépend d’une enzyme :
anhydrase carbonique (dans
GR ici)
– Formation d’acide carbonique
• H2CO3 <=> H+ + HCO3– Dissociation du carbonate qui
libère des protons (role du
CO2 dans modification pH)
– Transport CO2 dans le sang
sous forme dissous ions
HCO3- (compensé par entrée
de Cl- : phénomère de
Hamburger)
Transport par Hb
• CO2 se fixe sur Hb et forme carbaminoHb (fixation
sur NH2 terminal des globines)
• Libération O2 tissulaire favorise fixation CO2 (effet
Haldane) (CO2 meilleur affinité avec desoxyHb)
• Effet haldane : fixation
CO2 + facile sur Hb que
sur HbO2
• Décharge O2 favorise
fixation CO2 et vice
versa …
QUELQUES ASPECTS
PHYSIOPATHOLGIQUES
Volumes respiratoires
• Volume courant (VC) :
500 mL
• Volume réserve
inspiratoire (VRI) : 3100
mL
• Volume de réserve
expiratoire (VRE) : 1200
mL
• Volume résiduel (VR) :
1200 mL
Capacités respiratoires
• Capacité inspiratoire (CI) :
VC + VRI = 3600 mL
• Capacité résiduelle
fonctionnelle (CRE) : VRE
+ VR = 2400 mL
• Capacité vitale (CV) : VRE
+ VRI + VC = 4800 mL
• Capacité pulmonaire
totale (CPT) : VC + VRI +
VRE + VR = 6000 mL
Ventilation alvéolaire
• Fraction de l’air inspiré qui participe
réellement aux échanges gazeux
• Liés à l’existence de volume mort : conduits
aériens
• VA = FR x (VC – volume espace mort)
• Augmentation du VR permet une meilleur ventilation alvéolaire
que augmentation de la FR
Emphysème pulmonaire
• Destruction des murs
alvéolaires
• Réduction de la surface
alvéolaire (loi de Fick)
• Perte de l’élasticité =>
problème expiration
• Part génétique (carence
en a-antitrysine) mais
rôle important du
tabagisme
• Expiration forcée : fatigue
importante, hypoxie
BPCO
• Agents irritants :
accumulation de mucus
• Infection fréquente
• Bronchite chronique
• Tabac, pollution atm
• Bronchite chronique +
emphysème = BPCO
Asthme
• Réponse excessive des voies respiratoires à un agent :
pollens, etc…
• Traitement bronchodilateur (immédiat) + corticoides
tuberculose
• Maladie infectieuse (Mycobactérium)
• 1/3 population mondiale porteur mais infection confiné
par SI dans des nodules (foyers tuberculeux)
• Souvent immunodepression peut déclencher l’infection
• Fièvre, perte de poids, toux sévère,…
Mucoviscidose
• Maladie génétique
• Mutation du CTR, canal à chlorure
• Problème de transport ions chlorures provoque au
niveau pulmonaire un mucus épais
• Infection, difficulté respiratoire
• Espérance de vie : 36 ans
QUELQUES ADAPTATIONS AU
MILIEU DE VIE / BESOINS
• Milieu de vie
– Modification du milieu (anoxie, altitude) => adaptation à
court terme, adaptation physiologique,
comportementale,…
– Occupation de différents milieux => adaptation à long
terme (par ex. sélection naturelle)
– Changement de milieux => métamorphose, parturition,
migration, …
– Vie à l’interface de 2 milieux (amphibiens, poissons à
respiration aérienne, …)
• Besoins
– selon taille
– selon activité
MILIEU TERRESTRE
Adaptation aux besoins
• Mammifère de petite
taille ont métabolisme
plus rapide que
mammifère de grande
taille
• Effet surface/volume et
maintient température
??
Adaptation aux besoins
• Besoins métaboliques
plus important pour
mammifères petites
tailles
• Courbe + à droite =>
favorise dissocciation
HbO2 tissulaire
• Idem = effet Bohr +
important
• Surface alvéolaire d’une
musaraigne (A) et d’un
homme (B)
• A volume équivalent,
surface bcp +
importante chez la
musaraigne avec
métabolisme plus
important (alvéole +
petite)
Respiration mixte chez les araignées
Effet de l’altitude
Adaptation à long terme
 Plus forte affinité pour l’O2
pour les espèces d’altitude
 Cette différence est
d’origine génétique
 Lama : 6000 m d’altitude :
PO2 est de 84 mmHg avec
dilution dans poumon etc,
PO2 alvéolaire est environ
de 55 mmHg => saturation
de 95 % (contre 80% pour
mammifère std)
Effet altitude chez oiseaux migrateurs
plaine
• IPP => même role que BPG
Adaptation à l’altitude
• Altitude entraine baisse
PO2 : hypoxie
• Hausse DPG
– Baisse affinité ??
– Meilleur libération d’O2
dans les tissus
Relation [BPG] et P50
• Affinité baisse lorsque
[BPG] augmente
Altitude et hématocrite
• Hypoxie => production
EPO
• EPO => synthèse GR
• Augmentation capacité
oxyphorique du sang et
du taux d’hématocrite
MILIEU AQUATIQUE
Adaptation surface branchiale
Adaptation milieu à long terme
• Plus milieu anoxique et
plus affinité de Hb pour
O2 est forte
Adaptation écologique
Impact de l’Homme
• Ex : pollutions nitrates
en bretagne
• eutrophisation
• Baisse O2
Mammifères marins
• Stockage O2 faible chez
Homme
• Adaptation chez
phoque =>
– Plus de sang
– Plus de myoglobine
• Reflexe de plongée chez
le phoque de Weddel =
changement important
de la distribution des
flux sanguins
• Diinution brutale de la
FC (bradychardie)
• Dette en O2 chez le
phoque durant la
plongée
• Remontée de plongée =
paiement de la dette :
hausse ventilation
CHANGEMENT MILIEU
Hb fœtale et maternelle
• Hb fœtale présente
affinité plus forte que
Hb maternelle
• Permet passage O2 du
sang maternelle vers
sang fœtale dans le
placenta
Métamorphose amphibiens
• Tétard = milieu moins
riche en O2 et pH +
changeant
• Grenouille = milieu plus
riche en O2, effet Bohr
+ marqué
• Métamorphose et
changement appareil
respiratoire
Poissons respiration aérienne
• Repiration bimodale =>
affinité + faible de l’Hb
pour O2
• Plus d’O2 disponible
dans l’air, faible affinité
favorise libération O2
dans tissus…
Milieu hypoxique
• Milieu avec PO2 très
faible
• Baisse P50
• Augmentation taux Hb
• Modification expression
gène