2011-11-19

1

Air atmosphérique Air alvéolaire

% Pres. part. % Pres. part.

O2 20,9 159 mmHg 14.5 100-103 mmHg

CO2 0,03 0,2 mmHg 5,5 39-40 mmHg

�2 79,0 600 mmHg 80 571 mmHg

PO2 = 20,9 * 760

100

PO2 = 14,5 * (760-47)

100

% et pressions partielles des gaz

Dissolution de l’oxygène

McArdle 13.1

Loi d’Henry : diff. de pression d’un gaz et sa solubilité

CO2 est 20 à 25 fois plus soluble que l’oxygène

2011-11-19

2

Pressions partielles d’O2 et de CO2 (mm Hg)

• Milieu gazeux– air atmosphérique : PO2 =159 ; PCO2 = 0,3

– air alvéolaire : PO2 =100 ; PCO2 = 40

• Milieu liquide– sang artériel : PO2 = 100 ; PCO2 = 40

– sang veineux : PO2 = 40- ; PCO2 = 46 +

– Tissus : PO2 = 40- ; PCO2 = 46 +

Gradients de pression

McArdle 13.2

Insp=159Exp=100

2011-11-19

3

Insp=0,3Exp=40

Gradients de pression

McArdle 13.2

Gradients de pression

McArdle 13.2

2011-11-19

4

Gradients de pression

McArdle 13.2

Temps de transit des globules rouges⇑⇑⇑⇑ ⇑⇑⇑⇑

Fe++

Sous unité hème

Fe++

Fe++ Fe++

Fe++

Globine

Transport d’O2

O2

O2 O2

O2

Hb4 + 4O2 Hb4 O8

O2 en solution physique (dissoute) 1-2%

O2 en combinaison avec hémoglobine 98-99%

15 g Hb par 100 mL sang

1 g Hb par 1,34 mL O2

15 *1,34 = 20 mL O2 / 100mL sang

�ombre d’érythrocytesHommes: 5,1-5,8 x 106 mL sangFemmes: 4,3-5,2 x 106 mL sangDurée de vie= 120 jours

2011-11-19

5

Composition sanguine

McArdle 13.5

Concentration d’hémoglobine

McArdle T13.3

2011-11-19

6

Courbe de dissociation de l’oxyhémoglobineForme sigmoïde (S allongé)

100

80

60

40

20

0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

% SATURATIO� DE Hb E� 02

PO2

POUMO�S

TISSUS

Dissociation de l’HbO2

McArdle 13.4

2011-11-19

7

Saturation de l’hémoglobine

• EFFET BOHR– L’hémoglobine perd de son affinité pour l’O2 et le pourcentage de saturation O2 diminue (EFFET BOHR) lorsque:• la PO2 diminue et la PCO2 augmente

• Le pH diminue– Acide lactique

– H+

• La température du sang augmente

– 2,3 DPG (diphosphoglycérate) érythrocytaire augmente

Dissociation de l’HbO2

McArdle 13.7

2011-11-19

8

TRA�SPORT DU CO2

• Dans le plasma: 10 %

– 5 % dissous

– -1 % HCO3 –

– 5 % CO2 + protéines (composés carbaminés)

• Dans le globule rouge: 90 %– 5 % dissous

– 65 % HCO3- (ions bicarbonates)

– 20 % CO2 + Hb (carbaminohémoglobine)

Transport du gaz carbonique (CO2)

McArdle 13.6

2011-11-19

9

Fe++

Fe++ Fe++

Fe++

Globine

Intoxication au monoxyde de carbonne (CO)Hémoglobine a 200 fois plus d’affinité pour le CO que pour l’O2CO=

CO=

CO=

CO=

O2

O2O2

O2

O2

O2O2

O2

O2

O2O2

O2O2

O2

O2O2O2

O2

O2O2O2

O2O2

O2

O2O2O2

O2O2O2

O2

O2

Mécanismes de contrôle du débit ventilatoire

McArdle 14.1

Distensionpulmonaire

Agents irritants

PCO2, H+

PO2, PCO2, pH, K+

hypothalamus

hypothalamus

Récepteurs centraux

2011-11-19

10

Mécanismes responsable de l’hyperventilation

19Harrison's. 16e Éd. 2005

CHIMIORÉCEPTEURS PÉRIPHÉRIQUES

McArdle 14.2

Peut être aussi dans les muscles ??

2011-11-19

11

Effet de la PO2, de la PCO2 et de la concentration d’ions H+ sur la ventilation

PO2PCO2

[H+]

Vander 12.29, 12.32, 12.34

Role du K+ circulant sur la ventilation

McMurray et Tenan. Appl. Physiol. Nutr. Metab., 2010

2011-11-19

12

Danger de l’hyperventilation avant de plonger en apnée

Effet de la PO2, de la PCO2 et de la concentration d’ions H+ sur la ventilation

PO2PCO2

[H+]

Vander 12.29, 12.32, 12.34

2011-11-19

13

Hyperpnée à l’effort

McArdle 14.4

Wilmore

Cinétique de la consommation d’O2

2011-11-19

14

Débit ventilatoire et lactate sanguin

VE/VO2 = 20-25

VE/VO2 = 35-40

McArdle 14.5

McArdle 14.3

2011-11-19

15

Équivalent respiratoire

Wilmore 8.11

SASL

SASL vs VO2 max

• Dépend des masses musculaires impliquées : bras vs jambes

• SASL : E�DURA�CE (% VO2 max) :dépend principalement des facteurs périphériques– Typologie musculaire (fibres lentes)

– Capillarisation

– Nombre et taille des mitochondries

– Enzymes oxydatives

• VO2 max : PUISSA�CE AÉROBIE MAXIMALE; dépend principalement des facteurs centraux– Système cardiovasculaire: débit cardiaque, volume d’éjection systolique

2011-11-19

16

Wilmore

Effet de l’entraînement sur le Seuil anaérobie et la VO2max

Concentration maximale de lactate durant la croissance chez les garçons

2011-11-19

17

Concentration maximale de lactate durant la croissance chez les filles

2011-11-19

18

Récupération active et passive

Wilmore 8.13

Signes physiologiques et cliniques d’hypoventilation alvéolaire

36Harrison's. 16e Éd. 2005

2011-11-19

19

Hagberg et al. JAP. 52(4): 991-994, 1982

Cas spécial: Maladie de McArdle

McArdle

Témoin

VO2max McArdle: 18,5 ± 1,8 ml*kg-1*min-1

VO2max Témoin: 38,3 ± 1.8 ml*kg-1*min-1

Coût en O2de la respiration

McArdle 14.7

• Consommation d’O2 des MRs(ligne bleue)

• Au repos (~0,03 L*min-1)

• Exercice intense (~0,25 L*min-1)(70% de la capacité maximale)

2011-11-19

20

VO2 des muscles respiratoires

McArdle 14.8

Maladies respiratoires

• Asthme: bronchoconstriction, bronchospasmes– Pas de contre indication majeure à l’exercice pour la majorité des cas

• Emphysème pulmonaire: distension permanente des alvéoles et détérioration des parois alvéolaires ⇒⇒⇒⇒ fibrose pulmonaire et perte d’élasticité des poumons– Coût énergétique de la respiration très élevé (15-20 % VO2 en permanence)

– Performance physique réduite, contre indication à l’exercice lorsque la maladie est dans un état avancé

• Bronchite chronique: production excessive de mucus dans les voies respiratoires inférieures, inflammation et fibrose des tissus– Obstruction des voies aériennes et altération des échanges gazeux– Performance physique limitée

• Blessures médullaires: réduction de la masse musculaire active des muscles respiratoires (paralysie)– Diminution de la CV– Diminution du coût énergétique de la respiration

2011-11-19

21

Hyperventilation volontaire (V) ou provoquée (P)

Conclusion: Le coût ventilatoire (VO2) est plus élevé chez les fumeurs que chez les non fumeurs (bronchoconstriction-accumulation de mucus dans les voies respiratoires)

% MIP

0 10 20 30

VO2*V

T

-1 (ml*min

-1*m

l-1)

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

Sans BM

BM

VT (L)

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0

VO

2 (ml/min)

200

250

300

350

400

450

500

Sans BM

BM

VO2MR Quadraplégique (C5-C7)

%MIP

0 10 20 30 40 50

VO

2 (ml/min)

200

250

300

350

400

450

500

Sans BM

(r=0,98; p<0,0008)

BM

(r=0,98; p<0,0007)

Parent et Comtois. APNM, 2011

2011-11-19

22

Effets de l’entraînement sur la ventilation

• Exercice maximal: Augmente proportionnellement (%) à la VO2 max

• Exercice sous maximal:

---- diminution de VE/VO2

---- chez de jeunes sujets; diminution de FR et augmentation de VC (meilleures échanges d’O2 dans les alvéoles)

----- adaptations locales des muscles impliqués (bras vs jambes)

Ventilation en fonction des masses musculaires

McArdle 14.9

2011-11-19

23

La ventilation pulmonaire est elle limitative de la puissance aérobie

maximale?

• Pour la majorité des individus-----NON

• Chez des athlètes d’endurance----OUI, dans certains cas lorsque le débit cardiaque maximal est très élevé

McArdle 14.10

Dans les alvéoles

Dans le sang artériel

2011-11-19

24

Équilibre acido-basique

• pH = Bases (OH-) = 6,9 acide

Acides (H+) 7,0 neutre (eau)

7,1 alcalin

Sang = pH = 7,4 (légèrement alcalin)

• Les molécules tampons permettent de neutraliser les

composées acides (H+ + tampon = H – tampon)

--- ⇑⇑⇑⇑ CO2 = ⇑⇑⇑⇑ H+

--- ⇑⇑⇑⇑ Acide lactique = ⇑⇑⇑⇑ lactate = ⇑⇑⇑⇑ H+

--- ⇑⇑⇑⇑Métabolisme des glucides , graisses, protéïnes = ⇑⇑⇑⇑ H+

Équilibre acido-basique (suite)

Tampons chimiques

---Phosphates (Pi, Na)

---Bicarbonates (HCO3- , Na)

---Protéines (Hb-+ H+ = HHb)

Tampon respiratoire

--- Ventilation élimine le CO2 , donc ⇓⇓⇓⇓ PCO2 dans le sang (action rapide, court terme: exercice)

Tampon rénal

--- Excrétion d’ions H+ (action lente, long terme)

2011-11-19

25

pH

McArdle 14.11

⇐

⇐

⇐

Puissance relative des tampons chimiques

Tampon Sang Liquide interstitiel+ sang

Facteur % Facteur %

Bicarbonates (HCO3-) 1 1

Phosphates (Pi) 0,3 0,3

Protéines (sans Hb) 1,4 0,8

Hémoglobine 5,3 65 1,5 42

Total 8,0 3,6

2011-11-19

26

Limites tolérables du pH sanguin et musculaire

Acide lactique et pH sanguin

McArdle 14.12

2011-11-19

27

EFFETS DE L’ENTRAINEMENT ET DE L’INGESTION DE PRODUITS ALCALINS

• Entrainement– L’entrainement intense augmente la tolérance à l’acidose en plus d’augmenter la capacité tampon alcaline

• Ingestion de bicarbonates– L’ingestion de bicarbonate avant une épreuve sollicitant le métabolisme anaérobie peut être efficace (augmentation de la capacité tampon alcaline)

Questions de révision : respiration 2

1.Qu’est qu’une pression partielle d’un gaz?

2.Quelles sont les pressions partielles de l’oxygène et du gaz carbonique dans l’air

atmosphérique, l’air alvéolaire, le sang artériel, le sang veineux, les tissus?

3.Qu’est ce qui permet de maintenir constantes les valeurs de PO2 et de PCO2 dans les

poumons? Pourquoi est- il important que ces valeurs soient maintenues constantes?

4.Qu’est ce qui détermine la rapidité de diffusion des gaz?

5.Au niveau des poumons, pourquoi l’O2 diffuse vers le sang et le CO2 vers les alvéoles?

6.Au niveau des tissus, pourquoi l’O2 diffuse vers les cellules et le CO2 vers le sang?

7.Qu’est ce qui détermine la PO2 et la PCO2 dans le sang artériel? dans le sang veineux?

8.Dans quelle circonstance la PO2 peut elle être inférieure à 40 mmHg et la PCO2 supérieure

à 46 mmHg dans le sang veineux? Expliquez

9.Comment est transportée L’O2 dans le sang? Expliquez la capacité de transport de

l’hémoglobine?

10.Qu’est ce que l’oxyhémoglobine? L’hémoglobine réduite? Quel est le rôle du fer dans le

transport de l’oxygène?

11. Qu’est ce que la courbe de dissociation de l’oxyhémoglobine? Expliquez les avantages

de la forme en S allongée (sigmoïde) : au niveau pulmonaire? Au niveau tissulaire?

12.Pourquoi est-il avantageux au cours de l’exercice physique que la courbe de dissociation

de l’oxyhémoglobine se déplace vers la droite?

13.Expliquez les principaux facteurs responsables de ce déplacement de la courbe vers la

droite

14.Qu’est ce que le taux d’hématocrite?

15.Qu’est ce que l’effet Bohr?

16.Qu’est ce que la myoglobine

2011-11-19

28

17.Comment est transporté le CO2 dans le sang? Dans quelles proportions?

18.Expliquez les différentes étapes du transport du CO2 dès son entrée dans le sang au

niveau tissulaire et sa sortie du sang au niveau pulmonaire?

19.Qu’est ce que l’anhydrase carbonique?

20.Qu’est ce que la carbaminohémoglobine?

21.Quels sont les facteurs qui stimulent la ventilation au cours de l’exercice physique?

Identifiez les facteurs nerveux? Les facteurs sanguins?

22. Dans le contrôle intégré de la ventilation au cours de l’exercice, expliquez en ordre

chronologique l’action de ces différents facteurs?

23. Qu’est ce que le SASL ou SASAL?

24.Quel est le coût énergétique de la ventilation au repos? Au cours d’un exercice intense?

25. Quels sont les effets de la cigarette sur la respiration?

26. Quel est l’effet de la blessure médullaire sur la VO2 des muscles respiratoires?

27.Quels sont les effets de l’entraînement sur la ventilation pulmonaire lors d’un exercice

sous maximal? Lors d’un exercice maximal?

28.Comment évoluent le VE, la FR, le VC avec l’augmentation de la puissance de l’exercice?

29.Expliquez pourquoi la ventilation pulmonaire n’est pas limitative de la puissance aérobie

maximale pour la majorité des individus?

30.Qu’est ce que l’équilibre acido-basique? Pourquoi cet équilibre est-il perturbé lors d’un

exercice intense?

31.Identifiez les facteurs responsables de cette perturbation au cours de l’exercice?

32. Identifiez et expliquez le rôle des différents tampons de l’organisme? Quel est le tampon

chimique le plus important? Pourquoi?

33.Quel est l’effet de l’entraînement anaérobie sur la tolérance à l’acidose?