L 1- S2 Physiologie Respiratoire Aurélien Pichon Adapté de C. Caillaud 1 Pourquoi certains athlètes développent-ils un asthme d’exercice ? Pourquoi certains chevaux de course font-ils des hémorragies pulmonaires ? Pourquoi la respiration est-elle automatique et sans « effort » ? Pourquoi l’EPO améliore-t-elle la performance ? 2 PHYSIOLOGIE DE L'APPAREIL RESPIRATOIRE Super site canadien : http://www.colvir.net/prof/chantal.proulx/BCB/BCB_cours.htm Logiciel : http://artic.ac-besancon.fr/svt/tice/pulmo/index.htm Vidéo : - http://www.santepratique.fr/fonctionnement-poumons.php - http://www.youtube.com/watch?v=4OfDDhC1rdU 3 PHYSIOLOGIE DE L'APPAREIL RESPIRATOIRE Pour amener l’O2 depuis le milieu extérieur jusqu’à la cellule qui en a besoin, on trouve les étapes suivantes : Système respiratoire 1. 2. La ventilation pulmonaire. La diffusion alvéolo-capillaire. Hémoglobine et système cardiovasculaire 3. 4. Transport du CO2 et de l'O2. La respiration cellulaire. 4 PHYSIOLOGIE DE L'APPAREIL RESPIRATOIRE 1 1 - Convection Ventilatoire 2 2 - Diffusion alvéolo-capillaire 3 4 3 - Convection circulatoire 4 – Diffusion capillaro-tissulaire Métabolisme tissulaire 1. Anatomie fonctionnelle du système respiratoire 1.1 Le poumon Situation : dans la cage thoracique. Extrémité supérieure du poumon = apex. Extrémité inférieure = base stroma. Tissu conjonctif élastique. Les poumons sont suspendus dans leur cavité pleurale. 6 Poumon droit Poumon gauche Plèvre Diaphragme 7 1.2 La plèvre La plèvre : séreuse[1] qui a deux feuillets feuillet pariétal feuillet viscéral. Entre les deux feuillets : cavité pleurale liquide pleural [1] Séreuse : membranes sur les cavités antérieures fermées du corps. Deux feuillets : pariétal + viscéral Sécrète un liquide (sérosité) lubrifiant (permet le glissement l'un sur l'autre en éliminant au maximum les frictions) 8 Altérations de la plèvre : Inflammation : pleurésie glissement des deux feuillets difficile Pneumothorax : décollement des deux feuillets Poumon se « dégonfle » 9 1.2 La plèvre 10 Pneumothorax : décollement des deux feuillets Poumon se « dégonfle » 11 Pneumothorax : décollement des deux feuillets Poumon se « dégonfle » 12 1.3 Relation structure-fonction de l’arbre bronchique - la zone de conduction : espace mort anatomique. (150 ml) Anatomie : le nez, le larynx, le pharynx la trachée, les bronches (1ère à 14ème génération). 13 Cavité nasale Pharynx Cavité buccale Trachée Larynx Carina Bronche primaire droite Poumon droit 14 Fonction de la zone de conduction: 1-Fournit un passage pour l'air; 2-humidifie et réchauffe l'air; 3-filtre l'air et le débarrasse des corps étrangers Trajet de l’air poumon 15 Au niveau du nez : - glandes muqueuses[1] (qui sécrètent du mucus) - glandes séreuses (lysozyme). - muqueuse très vascularisée : réchauffement de l'air. [1] Muqueuse : Membrane tapissant les cavités du corps qui s'ouvrent à l'extérieur. 16 Alvéole Muqueuse bronchique Mucus Artère pulmonaire Alvéole Capillaire 17 Larynx, pharynx et trachée : - L'épithélium cilié : piège les particules L’Arbre bronchique supérieur (générations 015) reçoit un air : réchauffé, débarrassé de la plupart des impuretés saturé en vapeur d'eau (vascularisation). 18 Importance du conditionnement de l’air chez l’athlète endurant : Exercice intense : énorme quantité d’air à conditionner Dessiccation des voies aériennes Inflammation : muqueuse gonflée, bronches irritées Toux Asthme d’exercice 19 Bronche normale Bronche inflammée Bronchoconstriction 20 Débits Bronche normale Bronche inflammée Bronchoconstriction 21 Changements de structure de la zone de conduction : Progressivement les anneaux cartilagineux disparaissent. Epithélium s'amincit. La proportion de muscle lisse dans la paroi augmente. Zone respiratoire (échanges gazeux) 22 23 - la zone respiratoire : bronchioles avec des alvéoles. au niveau des alvéoles : échanges gazeux barrière alvéolo-capillaire Épithélium alvéolaire Endothélium capillaire Interstitium Epithélium alvéolaire : pneumocytes de type I pneumocytes de type II : surfactant 24 Le système pulmonaire Alvéoles Bronchioles respiratoires Bronchiole terminale 300 millions d’alvéoles Surface alvéolaire : plusieurs m2 Sacs alvéolaires 26 Structure de la barrière (ou membrane) alvéolo-capillaire capillaires alvéole 27 Structure de la barrière (ou membrane) alvéolo-capillaire Muscle lisse bronchique Alvéole Capillaires 28 Structure de la barrière (ou membrane) alvéolo-capillaire capillaires alvéole 29 Membrane alvéolo-capillaire vue en coupe Endothélium capillaire hématie Épithélium alvéolaire alvéole 30 Membrane alvéolo-capillaire vue en coupe Globule rouge alvéoles capillaires 31 1.4 La vascularisation des poumons bien comprendre les deux circulations : systémique et pulmonaire. 1.4.1 Circulation pulmonaire : Petite circulation Amène le sang chargé en CO2au niveau des poumons par l'artère pulmonaire. Dans le poumon elle forme le réseau des capillaires pulmonaires qui entourent les alvéoles. 32 PHYSIOLOGIE DE L'APPAREIL RESPIRATOIRE 1 1 - Convection Ventilatoire 2 2 - Diffusion alvéolo-capillaire 3 4 3 - Convection circulatoire 4 – Diffusion capillaro-tissulaire Métabolisme tissulaire Le sang fraîchement oxygéné repart par les veines pulmonaires. l'artère pulmonaire contient du sang non hématosé (pauvre en O2 et chargé de CO2) la veine pulmonaire contient du sang hématosé. (riche en O2, pauvre en CO2) 34 35 Artère pulmonaire CO2 O2 Veine pulmonaire Circulation pulmonaire Cœur droit Cœur gauche Circulation systémique 36 muscle 1.4.2 Circulation bronchique La grande circulation Circulation bronchique Le sang part du cœur gauche, arrive aux poumons par l'artère bronchique (sang oxygéné) et revient au cœur par les veines bronchiques (sang qui a perdu une bonne partie de son O2). 37 1.4.2 Circulation bronchique 38 Pilmonary Physiology, Lewitsky MG, McGrawHill, 2003. 1.4.2 Circulation bronchique Artère bronchique Veines bronchiques Artère pulmonaire Veines pulmonaires 39 4. Mécanique de la ventilation Ventilation pulmonaire : inspiration et expiration Processus entièrement mécanique : variations de volume variations de pression écoulement des gaz. loi de Boyle-Mariotte P1.V1 = P2.V2 40 4.1 Pression dans la cavité thoracique les pressions inspiratoires sont toujours exprimées par rapport à la pression atmosphérique. Exemple : pression de - 4 mmHg inférieure de 4 mmHg atmosphérique 760 - 4 = 756 mmHg à la pression Une pression respiratoire de 0 est égale à la pression atmosphérique. 41 La pression intra-alvéolaire : s'équilibre toujours avec la pression atmosphérique. La pression intra-pleurale : - 4 mmHg Pression négative : poumon est tiré, maintenu dilaté. Accroché à la cage thoracique Mouvement cage thoracique : mouvement de l’air 42 La pression intra-pleurale : - 4 / -3 mmHg 43 Si la pression pleurale était positive Poumon force sur la cage thoracique Cycle respiratoire impossible 44 4.2 Les muscles respiratoires Diaphragme Intercostaux (Abdominaux) le plus important est le diaphragme : - capacité oxydative très importante. 75% de fibres résistantes à la fatigue. - vascularisation très importante. 45 4.3 Les variations de pression pendant la respiration Amplitude de la respiration Pression intrapulmonaire Pression intrapleurale 46 4.4 Inspiration Inspiration : processus actif contraction des muscles respiratoires - le diaphragme se contracte,il s'abaisse - la hauteur de la cage thoracique augmente -les muscles intercostaux se contractent : élève la cage thoracique et pousse le sternum en avant augmente le diamètre de la cage thoracique 47 le volume de la cage thoracique augmente 4.4 Inspiration Au repos le diaphragme est relâché Contraction du diaphragme : volume thoracique augmente 48 l’augmentation du volume de la cage thoracique Pression loi pression/volume : la pression alvéolaire diminue l'air pénètre dans les poumons. 49 Force motrice : Muscles respiratoires Forces résistantes : Résistance des voies aériennes à l’écoulement de l’air Élasticité du système Inertie du système 50 51 52 4.5 Expiration L'expiration est un processus passif : relâchement des muscles respiratoires Relâchement des muscles respiratoire: le système respiratoire revient sur lui-même volume de la cage thoracique diminue la pression augmente l'air sort des poumons 53 Force motrice : Élasticité du système poumon-thorax Forces résistantes : Résistance des voies aériennes à l’écoulement de l’air Inertie du système 54 4.5 Expiration Relaxation du diaphragme : volume thoracique diminue 55 4.6 4.6.1 Les volumes et débits respiratoires Volumes et capacité Méthode de mesure : spirométrie 56 La courbe obtenue : temps/volume (millilitres) 6000 5000 4000 Volume de réserve inspiratoire 3100 ml 3000 Capacité Inspiratoire Capacité 3600 ml Vitale 4800 ml Volume courant 500 ml 2000 Volume de réserve expiratoire 1200 ml 1000 Volume résiduel 1200 ml Capacité résiduelle Fonctionnelle 2400 ml 57 Volume courant (VC, VT) 500 ml Quantité d'air inspirée ou expirée à chaque respiration au repos 4800 ml Quantité maximale d'air qui peut être expirée après un effort inspiratoire maximal Volume de réserve inspiratoire (VRI) 3100 ml Quantité d'air qui peut être inspirée avec un effort après une inspiration courante Volume de réserve expiratoire (VRE) 1200 ml Quantité d'air qui peut être expirée avec un effort après une expiration courante Volume résiduel (VR) 1200 ml Quantité d'air qui reste dans les poumons après une expiration forcée Capacité vitale (CV) 58 Capacité inspiratoire (CI) 3600 ml Quantité maximale d'air qui peut être inspirée après une expiration normale CI = Vc + VRI Capacité résiduelle fonctionnelle (CRF) 2400 ml Volume d'air qui reste dans les poumons après une expiration courante : CRF = VR + VRE Capacité pulmonaire totale (CPT) 6000 ml Quantité maximale d'air contenue dans les poumons après une inspiration maximale : CPT = VC + VRI + VRE + VR 59 4.6.2 Les débits repos La ventilation VE(l/min) = VC(l) x FR(min-1) temps Homme adulte repos: VE = 0,5 x 12 = 6 l.min-1 exercice Homme adulte exercice: VE = 1,5 x 30 = 45 l.min-1 VEmax = 140 l.min-1 Vc et FR 60 VEMS : volume maximal expiré pendant la première seconde d’une expiration forcée Début de l’expiration Début de l’expiration 1 sec 1 sec VEMS = 1,53 l (45% de CV) VEMS =4,03 l (84% de CV) Normal Obstruction (asthme) 61 5. Les échanges gazeux 5.1 Propriétés des gaz 1ère lettre P : pression V : volume • V : débits F : fraction 2ème lettre : indique le lieu A : alvéole a : sang artériel v : sang veineux I : air inspiré PAO2 : pression partielle de l’oxygène dans l’air alvéolaire 62 5.1 Propriétés des gaz http://www.colvir.net/prof/chantal.proulx/BCB/BCB_cours.htm PACO2 PIO2 PAO2 PvO2 / PvCO2 PaO2 / PaCO2 PvO2 / PvCO2 PvmO2 / PvmCO2 PTO2 / PTCO2 PcmO2 / PcmCO2 63 MUSCLES Loi de Dalton 1) La pression totale exercée par un mélange de gaz = somme des pressions exercées par chacun des constituants. Patmos. = PAtmO2 + PAtmCO2 + PAtmN + PAtmH2O 2) La pression partielle de chaque gaz, est directement proportionnelle à la fraction du gaz dans le mélange. 64 Exemple : -au niveau de la mer : Patmos = 760 mmHg. FairO2 = 20,9 % = 0,209 PairO2 = FairO2 x Patmos PairO2 = 0,209 x 760 = 159 mmHg -en altitude, 8600 m : Patmos = 245 mmHg PairO2 = 245 x 0,209 = 51,3 mmHg 65 Loi de Henry Passage d'un gaz entre deux compartiments : du milieu où le gaz a la plus forte pression partielle vers le compartiment où il a la plus faible pression partielle. Les échanges gazeux entre le milieu alvéolaire et le milieu sanguin se font en fonction des pressions partielles des différents gaz présents. 66 5.2 Composition des gaz dans les voies aériennes supérieures Dans les voies aériennes, l’air inspiré est saturé en vapeur d'eau : PIO2 = FIO2 x (Patm - PH2O) PH2O estimé à 42 mmHg PIO2 = 0,209 x (760 - 42) = 150 mmHg PIO2 : pression partielle de l’oxygène dans l’air inspiré 67 5.3 Composition des gaz alvéolaires PAO2 < PIO2------ pourquoi ? A cause de l’air qui reste piégé dans la zone de conduction (Volume = 150 ml chez l’adulte) du poumon à la fin d’une expiration.. PAO2 = 104 mmHg PACO2 = 40 mmHg 68 Importance de la ventilation alvéolaire façon dont les alvéoles sont ventilées. VE = Vc x fr •VE = 0,6 x 10 = 6 l/min 1 V• E = 0,2 x 30 = 6 l/min 2 VA = VE - (VD x fr) VD : volume de l'espace mort = 0,15 ml V• A1 = 6 - (0,15 x 10) = 4,5 l/min • VA = 6 -(0,15 x 30) = 1,5 l/min 2 VE est la même, mais pas la VA Exemple : natation 69 5.4 La diffusion alvéolo-capillaire 5.4 La diffusion alvéolo-capillaire Elle dépend : O 2 - de la surface de diffusion - de l'épaisseur de la membrane de diffusion - constante de diffusion (D) 5.4 La diffusion alvéolo-capillaire Constante de diffusion (D) dépend : • propriété du tissu • gaz considéré Constante de diffusion proportionnelle à la solubilité du gaz (Sol) et inversement proportionnelle au poids moléculaire (PM) : D = Sol / (PM)1/2 CO2 diffuse 20 fois plus vite que l’O2 ! 72 5.4 La diffusion alvéolo-capillaire Déterminé par l’équation de Fick : V= D x dP x S/e D = coefficient de diffusion S = surface de l’aire de diffusion dP = gradient de pression e = Epaisseur de la membrane Pour l’oxygène : VO2 = DO2 x (PAO2 - PvO2) x S/e 73 5.4 La diffusion alvéolo-capillaire Elle dépend : O - de la surface de diffusion; 2 - de l'épaisseur de la membrane de diffusion 5.4.1 La surface de diffusion le rapport ventilation/perfusion • • VA/Q. PvO2= 40 mmHg PAO2 = 104 mmHg VA Q PaO2= ? mmHg Idéal : VA = Q 74 Apport d ’O2 en fonction du VA/Q 75 VA VA Q Q En réalité la distribution de VA et Q est hétérogène Échanges gazeux non optimaux dans certaines zones PaO2 < PAO2 76 Le rapport ventilation perfusion Rapports VA/Q et échanges gazeux : relation PCO2 et PO2. 77 Le rapport ventilation perfusion Ventilation / Perfusion Scans A. Très faible probabilité d ’embolisme pulmonaire 78 B. Forte probabilité d ’embolisme pulmonaire Rapports VA/Q et échanges gazeux : relation PCO2 et PO2. Relation PCO2 et PO2 en fonction des régions pulmonaires79 En moyenne : 23 ml d'O2 traversent pour chaque différence de 1 mmHg du gradient de pression alvéolocapillaire. D(A-v)O2 = 104-40 = 64mmHg 64 x 23 = 1472 ml d’O2 PaO2 = 98 mmHg 80 La différence de pression entre l'alvéole et le sang artériel est exprimée par : P(A-a)O2 = 104-98 = 6 mmHg chez sujet sain jeune au repos En ce qui concerne le CO2 : PaCO2 = PACO2 = 40 mmHg. 81 3.4.2 L'épaisseur de la membrane Deux contraintes : O 2 - Très fine: 0,5 à 1 micron d'épaisseur Gaz passent par diffusion -Très résistante en particulier à l’exercice : tension d’étirement 82 3.4.2 L'épaisseur de la membrane 83 Un cas d'augmentation de l'épaisseur de la membrane : l'œdème pulmonaire. 1- Capillaire étiré : jonctions entre cellules deviennent perméables fuite d’eau (plasma) hors du capillaire l’interstitium 2- Capillaire casse : lésions du sang qui sort des capillaires l’interstitium 84 3- Paroi alvélolaire casse : barrière alvéolo-capillaire détruite du sang qui sort des capillaires interstitium + alvéole : danger Cela ralentit considérablement le passage de l'O2 : PaO2 Exemple d’œdème : altitude, exercice très intense, pathologies cardiaques 85 Alvéole Fuite plasma + sang dans l’interstitium Capillaire pulmonaire Fuite plasma + sang dans les alvéoles 86 PaO2 et P(A-a)O2 : indicateurs de l’efficacité des échanges gazeux Stable à l’exercice chez les sujets sains humains chevaux chevaux 100 PaO2 (mmHg) PaO2 (mmHg) 110 90 80 Ath-J Sed-A 70 60 repos 90 150 210 Exercice (W) 270 330 105 100 95 90 85 80 75 70 65 60 R6 R 5 6 7 8 9 récupération vitesse du tapis, m.sec-1 (10% slope)87 Rupture circulaire de la couche épithéliale Costello et al. 1992 Rupture complète de la barrière alvéolo-capillaire 88 4. Le contrôle de la ventilation 4. Le contrôle de la ventilation 4.1 La rythmicité Système nerveux central : bulbe rachidien Bulbe rachidien et tronc cérébral Activité pacemacker ou d’interaction réciproque, génèrent le rythme au niveau du complexe PréBötzinger et du groupe respiratoire parafacial Interactions synaptiques multiples impliquant de nombreux neurotransmetteurs L’inspiration Neurones inspiratoires Activité pacemacker ou d’interaction réciproque, génèrent le rythme au niveau du complexe PréBötzinger et du groupe respiratoire parafacial Activation :Influx passent par nerfs phrénique et intercostaux : INSPIRATION Inhibition : relâchement des muscles, EXPIRATION Rythme = ~14 inspirations / min; Temps inspiratoire : 2 sec Temps expiratoire : 3 sec Eupnée 91 L’organisation des centres de régulation 92 Nicolas Voituron (Thèse) L’organisation des centres de régulation 2006 93 L’organisation des centres de régulation Aire Bötzinger BötzC (inter-neurones expiratoires inhibiteurs) Groupe respiratoire rostral et ventral – cVRG er rVRG (neurones prémoteurs inspiratoires et expiratoires) Groupe noyaux retrotrapezoïdes/g roupe respiratoire parafascial – RTN/pFRG (interneurones qui génère le rythme expiratoire) Aire pré-Bötzinger preBötzC (inter-neurones générateurs du rythme) 94 L’inspiration Activation :Influx passent par nerfs phrénique et intercostaux : INSPIRATION Inhibition : relâchement des muscles, EXPIRATION Volume pulmonaire Débits Activité des nerfs phréniques Activité des neurones inspiratoires 95 L’expiration Neurones expiratoires Situation médullaire Surtout excité lors d’expirations forcées Au repos expiration passive liée seulement à l’interruption de l’inspiration et au retour mécanique et élastique de la cage thoracique et des poumons 96 4.2 modulation par les influences chimiques et nerveuses Afférences nerveuse d’origine musculaire ou articulaire Chémorécepteurs périphériques (O2, CO2, pH) Récepteurs sensibles à l’étirement du poumon Chémorécepteurs centraux (CO2, pH) 97 Chémorécepteurs périphériques Cerveau Corpuscules carotidiens Fibres nerveuses sensitives du nerf crânial IX (branche pharyngé du glossopharyngien) Artère carotide externe Artère carotide interne Corpuscules carotidiens Corpuscules aortiques Artère carotide commune Nerfs vague (X) Fibres nerveuses sensitives du nerf X Corpuscules aortiques Chémorécepteurs périphériques situés à la bifurcation des artères carotides communes et au niveau de la crosse de l’artère aorte. Aorte Coeur 98 Les chémorécepteurs périphériques Ces structures sont avant tout sensibles à l'hypoxémie bien que les chémorécepteurs carotidiens soient stimulés synergiquement par une diminution de la PaO2 et par l'hypercapnie. 99 Régulation de la ventilation à l’exercice 100 Régulation de la ventilation à l’exercice 160 FC VE 140 VO2lisse 3 2,5 2 80 1,5 VO2 (L/min) 100 60 1 V 40 0,5 20 EXERCICE 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 10 10 8 8 8 8 8 8 8 0 0 0 0 0 0 FC (bpm) et VE (L/min) 120 Vitesse (km/h) 101 Régulation de la ventilation à l ’exercice 102 Troubles de l’homéostasie Anxiété hyperventilation PaCO2 Hyperventilation volontaire Nageur, apnéistes Vasoconstriction cérébrale Ischémie cérébrale Malaise Très déconseillé hyperventilation : PaCO2 > PaO2 Apnée : PaCO2 remonte lentement et déclenche trop tard la respiration PaO2 peut trop bas syncope 103 Centres supérieurs Contrôle volontaire Autres récepteurs Douleur, émotions (hypothalamus) Centres respiratoires Chémorécepteur périphériques Chémorécepteurs centraux CO2, pH + + Récepteurs à l’étirement - Récepteurs à l’irritation Récepteurs musculaires et articulaires 104 5. Le transport des gaz respiratoires dans le sang 5.1 Le transport de l'oxygène L'oxygène est transporté sous deux formes : liée à l'hémoglobine dans les globules rouges : 98% de l’O2 dissoute dans le plasma seulement 1,5 % = 0.3 ml pour 100 ml de sang Ce gaz dissous exerce une pression partielle de 104 mmHg. 105 5.1.1 Association et dissociation entre l'O2 et l'hémoglobine L'hémoglobine se trouve dans les globules rouges. β1 β2 α2 O2 α1 106 56 L'Hémoglobine : composée de 4 chaînes polypeptidique des groupements hème : contenant un atome de fer. L'O2 se lie aux atomes de fer l'Hb peut donc transporter 4 molécules d'O2. 107 Réaction par laquelle O2 se fixe sur Hb Hb + O2 <------> HbO2 + H+ SaO2 : quantité d’Hb saturée en O2 (porte 4 molécules d’O2) / quantité totale d’Hb Cas 1 : Hb saturée : 15 Hb désaturée : 5 SaO2 = (15/15+5)x100 = 75% Cas 2 : Hb saturée : 20 Hb désaturée : 0 SaO2 = (20/20+0)x100 =108100% pH PCO2; T°C Normal PCO2 = 40 mmHg pH = 7,4 SO2 PCO2 ; T°C pH Capillaires musculaires pH T°C HbO2 O2 + HHb Dans les cellules musculaires (Énergie) PO2 L'Hb est une protéine allostérique 109 La concentration en Hb : 15 g /100 ml de sang chez l'homme 13 g / 100 ml de sang chez la femme Pouvoir oxyphorique de l'Hb : vol. max. que peut fixer 1 g d'Hb : p.ox = 1,39 ml d'O2 110 Quantité maximale d'O2 que peut fixer l'Hb contenue dans 100 ml de sang : QmaxHb = [Hb] x p.ox = 15 x 1,39 = 20,8 ml d'O2/100ml sang O2 total transporté : 20,8 + 0,3 = 21,1 ml d'O2/100ml sang 111 5.2 Le transport du gaz carbonique Le CO2 est présent : 1) dissous dans le plasma : 7 à 10 % du CO2 2) complexé avec l'Hb : 20 à 30 % du CO2 3) ss forme d'ion bicarbonate : 60-70 % du CO2 CO2 + H2O <--------> H+ + HCO3 dans le plasma dans le globule rouge : réaction catalysée par l'anhydrase carbonique 112 5.3 Transport et échange du CO2 et de l'O2 CO2 O2 CO2 CO2 O 2 POUMON H2O + CO2 CO2 dissout dans plasma H2CO3 HCO3- + H+ H2O + CO2 H2CO3 H+ + HbO2 HHb Globule rouge HCO3- + H+ Cl- Anhydrase carbonique Plasma sanguin O2 dissout dans plasma HCO3- Cl- 113 5.3 Transport et échange du CO2 114 6. Les globules rouges Sang : plasma globules blanc (leucocytes), globules rouges ou érythrocytes Sang : 8% du poids corporel , ~5 litres Globule rouge : Cellules en forme de disque biconcave, 7.5 m Contiennent essentiellement l’Hb Cellule sans noyau Sans mitochondrie (n’utilisent pas l’O2 transporté) Cellules très déformables 115 2µ coupe 7,5 µ face 116 6.1 Synthèse des globules rouges Hématopoïèse A partir de cellules souches situées dans la moelle osseuse rouge (os longs) Plusieurs types de cellules intermédiaires Durée de vie du GR : 120 jours Concentration doit être constante Hématocrite (% de globule rouges) ~45% Synthèse stimulée par : anémie , hémorragie, hypoxie Synthèse régulée par une hormone : Erythropoïétine = EPO 117 Génèse des globules rouges Cellule souche Accumulation d’Hb érythroblastes Éjection du noyau normoblastes GR proérythroblaste hémocytoblaste 3 à 5 jours réticulocytes Quand % Hb = 34% Ejection des mitochondries et du noyau 118 Réticulocytes : jeunes globules rouges Taux de réticulocytes : index du taux de synthèse des globules rouges Utilisé dans le contrôle anti-dopage 6.1.1 Le contrôle hormonal de l’hémotopoïèse Une hormone essentielle : L’érythropoïétine (EPO) Site de synthèse : le rein 119 Hypoxie ( PaO2 au niveau des capillaires rénaux) Importante du nombre de GR (hémorragie) apport en fer (Hb) et vitamine B12 (divisions cellulaires) Reins : libèrent de l’EPO dans le sang L’EPO stimule la différenciation des cellules souches et la synthèse de GR (et d’Hb) Jusqu’à ce que l’hématocrite soit rétablie ou que l’apport d’O2 augmente au niveau des rein (+ de GR) 120 6.2 Destin des érythrocytes (GR) Durée de vie d’un GR : environ 120 jours (pas de noyau = pas de synthèse protéique, pas de réparation) GR abîmé, vieux Acides aminés, globine Détruit par des macrophages dans le foie ou la rate Retournent dans le sang Fer (toxique lorsqu’il est libre) est stocké dans le sang sur des protéines (transférine) et dans le foie (ferritine) 121 6.3 Le dopage sanguin Prise d’érythropoïétine BUT : le nombre de GR ( hématocrite) Améliorer le transport de l’oxygène et la performance Dépistage : mesure de la concentration plasmatique d’EPO mesure de l’hématocrite mesure du taux de réticulocytes 122 Injections d’érythropoïétine : 50 U/kg ; Puis 20 U/kg 50 U /kg 52 20 U /kg 50 Hct (%) 48 46 44 EPO PLA 42 40 D0 D4 D11 D18 D25 D30 D32 D37 D44 D53 D60 hématocrite 123 % réticulocytes 50 U /kg 3 20 U /kg Reticulocytes (%) 2,5 EPO 2 PLA 1,5 1 0,5 0 D0 D4 D11 D18 D25 D30 D32 D37 D44 D53 D60 124