Transport des gaz respiratoires
Le transport des gaz respiratoires repose sur des principes physiques et biochimiques qui assurent l'approvisionnement en oxygène (O₂) et l'élimination du dioxyde de carbone (CO₂). Cette leçon résume les concepts clés à connaître pour maîtriser ces mécanismes.
Pression partielle et solubilité
La pression partielle d’un gaz représente la fraction de la pression totale exercée par ce gaz. Dans l’air atmosphérique, la pression partielle d’O₂ est d’environ 160 mmHg. Cette valeur provient de la fraction d’O₂ (≈21 %) multipliée par la pression atmosphérique (~760 mmHg).
La concentration d’un gaz dissous dans le sang est proportionnelle à sa pression partielle, conformément à la loi de Henry. Ainsi, plus la pression partielle d’un gaz augmente, plus sa solubilité dans le plasma augmente.
Modes de transport du CO₂
Le CO₂ circule principalement sous forme de bicarbonate (HCO₃⁻), représentant environ 90 % du total. Cette conversion est catalysée par l’enzyme carbonic anhydrase et permet un transport efficace du CO₂ depuis les tissus vers les poumons.
Transport de l’O₂ : dissous vs combiné
Le transport de l’O₂ se fait de deux façons :
- Dissous : représente ~0,3 % du O₂ total, présent uniquement dans le plasma.
- Combiné : oxyhémoglobine, qui transporte ~98 % du O₂ grâce à la liaison avec l’hémoglobine.
Cette différence explique pourquoi la capacité de transport de l’O₂ dépend fortement de la concentration d’hémoglobine et de son affinité pour le gaz.
Paramètres de la courbe d’O₂‑hémoglobine
Le p50 désigne la pression partielle d’O₂ à laquelle l’hémoglobine est saturée à 50 %. Chez l’adulte, le p50 est d’environ 26 mmHg, tandis que chez le fœtus il est plus bas (~18,5 mmHg), reflétant une plus grande affinité qui favorise le transfert maternel.
Deux effets modulent cette affinité :
- Effet Bohr : une augmentation du pCO₂ diminue l’affinité de l’hémoglobine pour l’O₂.
- Le 2,3‑BPG exerce un effet négatif sur l’affinité, facilitant la libération d’O₂ dans les tissus.
Influence de la température et de la structure
Une hausse de la température diminue l’affinité de l’hémoglobine pour l’O₂, favorisant ainsi la libération du gaz dans les tissus actifs.
L’hémoglobine possède quatre hèmes, chaque sous‑unité contenant un groupe hème capable de lier une molécule d’O₂. En revanche, la myoglobine, monomère, ne montre pas d’allostérie et possède une affinité constante pour l’O₂.
Modèles de transition allostérique
Deux modèles expliquent la transition entre les états tendu (T) et relâché (R) de l’hémoglobine :
- Modèle MWC (Monod‑Wyman‑Changeux) : l’équilibre entre les états R et T existe avant la liaison du ligand, les sous‑unités restent symétriques.
- Modèle de Koshland : la liaison du ligand induit la transition, permettant une asymétrie entre les sous‑unités.
Diffusion des gaz
Le coefficient de diffusion d’un gaz dépend principalement de sa masse molaire : les gaz plus légers diffusent plus rapidement. Ainsi, l’O₂ (masse molaire plus faible) possède un coefficient de diffusion supérieur à celui du CO₂.
Valeurs typiques dans les alvéoles
La pression partielle d’O₂ dans une alvéole pulmonaire est d’environ 100 mmHg, tandis que la ventilation renouvelle approximativement 10 % de l’air pulmonaire à chaque cycle respiratoire.
Récapitulatif des points essentiels
- Pression partielle d’O₂ dans l’air : 160 mmHg.
- Loi de Henry : solubilité proportionnelle à la pression partielle.
- CO₂ transporté majoritairement sous forme de bicarbonate.
- Oxyhémoglobine transporte ~98 % du O₂, le transport dissous ne représente que ~0,3 %.
- p50 fœtal < 18,5 mmHg, p50 adulte ≈ 26 mmHg.
- Effet Bohr et 2,3‑BPG diminuent l’affinité de l’hémoglobine pour l’O₂.
- Température élevée diminue l’affinité.
- Hémoglobine : 4 hèmes, myoglobine : monomère sans allostérie.
- Modèle MWC vs modèle Koshland : équilibre pré‑existant vs transition induite.
- Diffusion plus rapide pour les gaz légers.
- Pression partielle d’O₂ alvéolaire ≈ 100 mmHg.
- Renouvellement d’air pulmonaire ≈ 10 % par cycle.
