Lernzettel: Parcours et cascade de l’oxygène

📋 Plan du Cours

1. Trajet général de l’oxygène
2. Gradient et modes de transport
3. Pressions partielles gazeuses
4. Oxygène dissous et hémoglobine
5. Hémoglobine et consommation d’oxygène
6. Cascade des pressions partielles

📖 1. Trajet général de l’oxygène

🔑 Notions clés & Définitions

• Membrane alvéolo-capillaire : Composée de la membrane alvéolaire, du tissu interstitiel et de la membrane du capillaire.
• Membrane capillaro-cellulaire : Composée de la membrane du capillaire, du tissu interstitiel et de la membrane plasmique.

★ À maîtriser

• L’oxygène traverse successivement l’arbre bronchique, les alvéoles, la membrane alvéolo-capillaire, le capillaire pulmonaire, le système cardiovasculaire, le capillaire systémique, la membrane capillaro-cellulaire, la cellule et la mitochondrie.

• La consommation d’oxygène est réalisée par les cellules dans les mitochondries, et les cellules musculaires sont celles qui en consomment le plus.

Compléments

• Les échanges gazeux s’effectuent au niveau pulmonaire et au niveau cellulaire.

💡 Astuce mémo

Bronche → alvéole → sang → cellule → mitochondrie

📖 2. Gradient et modes de transport

🔑 Notions clés & Définitions

• Gradient de pression partielle : Constitue la force motrice du parcours de l’oxygène, qui se déplace du milieu le plus concentré vers le milieu le moins concentré.

★ À maîtriser

📌 La convection correspond au déplacement d’une matière, comme l’air ou le sang, qui entraîne l’oxygène, tandis que la diffusion correspond au déplacement de l’oxygène sans déplacement de matière, selon le gradient de pression partielle.

Compléments

• Dans les bronches et les alvéoles, l’oxygène est sous forme gazeuse, dans le liquide intravasculaire il est dissous ou combiné à l’hémoglobine, et dans le liquide interstitiel et la cellule il est dissous.

💡 Astuce mémo

Convection = matière déplacée ; diffusion = O₂ déplacé

📖 3. Pressions partielles gazeuses

🔑 Notions clés & Définitions

• Pression partielle : En oxygène reflète la concentration en oxygène d’un milieu.
• Pression : La force développée par le mouvement brownien par unité de surface.

★ À maîtriser

📐 Formule — La pression vérifie $P = \frac{F}{S}$, où P est la pression, F la force et S la surface.

📐 Formule — Dans un mélange gazeux, la pression totale vérifie $P_t=P_{pO_2}+P_{pN_2}+P_{pH_2O}$ avec $P_t=1\,\mathrm{atm}=760\,\mathrm{mmHg}$.

📐 Formule — Selon la loi de Dalton, la pression partielle d’un gaz vérifie $P_p=P_t\times F_i$, où Fi est la fraction de particules de ce gaz dans le mélange.

• L’air contient toujours 20,93 % d’oxygène, mais sa pression totale diminue avec l’altitude, donnant une PpO₂ de 159 mmHg au niveau de la mer et de 50 mmHg au sommet de l’Everest, où la pression totale vaut 240 mmHg.

Compléments

• La pression s’exprime en pascals, en newtons par mètre carré, en mmHg ou en cmH₂O, avec $1\,\mathrm{Pa}=1\,\mathrm{N/m^2}$ et $1\,\mathrm{kPa}=7{,}5\,\mathrm{mmHg}$.

📖 4. Oxygène dissous et hémoglobine

★ À maîtriser

📐 Formule — La concentration d’oxygène dissous vérifie $C=\alpha\times P_p$, où α est le coefficient de solubilité et Pp la pression partielle exercée par le gaz.

• Dans le sang, l’oxygène est soit dissous, soit combiné à l’hémoglobine des globules rouges, mais seule la forme dissoute exerce une pression partielle.

📌 Pour passer du sang au liquide interstitiel, l’oxygène fixé à l’hémoglobine doit d’abord être libéré et traverser sous forme dissoute.

📐 Formule — Le pourcentage de saturation de l’hémoglobine vérifie $\%\,\mathrm{saturation}=\frac{HbO_2}{Hb+HbO_2}$, où Hb est la désoxyhémoglobine et HbO₂ l’oxyhémoglobine.

Compléments

• Une molécule d’hémoglobine saturée a fixé quatre molécules d’oxygène, mais une saturation de 100 % ne renseigne pas sur la quantité totale d’oxygène.

📖 5. Hémoglobine et consommation d’oxygène

🔑 Notions clés & Définitions

• Hémoglobine : Une structure métalloprotéique tétramérique contenant un atome de fer capable de fixer jusqu’à quatre molécules d’oxygène dans les globules rouges.
• Conductance : La facilité de passage de l’oxygène entre deux compartiments, elle est l’inverse de la résistance et s’exprime comme un débit par gradient de pression.
• Affinité : La capacité de l’hémoglobine à fixer un gaz, et elle est variable pour l’oxygène comme pour le CO₂.

★ À maîtriser

• L’hémoglobine distribue l’oxygène vers les territoires où la PpO₂ est faible et contribue ainsi à maintenir une PpO₂ proche de 40 à 45 mmHg dans le milieu intérieur.

📐 Formule — La consommation d’oxygène vérifie $VO_2=VO_{2\,inspirée}-VO_{2\,expirée}$, avec une consommation inspirée supérieure à la consommation expirée.

📐 Formule — La consommation d’oxygène vérifie aussi $VO_2=\Delta P_{pO_2}\times\mathrm{conductance}$, et s’exprime en volume par unité de temps, notamment en ml/min ou en l/heure.

Compléments

• L’inhibition de la consommation d’oxygène par le cyanure annule les gradients de pression partielle en oxygène.

💡 Astuce mémo

Mitochondries consomment l’O₂ → gradients de pression

📖 6. Cascade des pressions partielles

★ À maîtriser

• Pour une pression atmosphérique de 760 mmHg, la PpO₂ est d’environ 160 mmHg dans l’air ambiant, 150 mmHg dans les voies aériennes, 105 mmHg dans les alvéoles, 95 mmHg dans le capillaire pulmonaire, 45 mmHg dans le capillaire systémique, 35 mmHg dans la cellule et inférieure à 5 mmHg dans la mitochondrie.

• L’humidification de l’air diminue la PpO₂ d’environ 10 mmHg dans les voies aériennes, puis la présence de CO₂ diminue la PpO₂ alvéolaire d’environ 40 à 45 mmHg.

• La PpO₂ diminue d’environ 10 mmHg à travers la membrane alvéolo-capillaire, de 50 mmHg pendant le transport sanguin, puis de 10 mmHg à travers la membrane capillaro-cellulaire.

📌 La conductance diffusive alvéolo-capillaire augmente lorsque la surface membranaire augmente, lorsque l’épaisseur de la membrane diminue ou lorsque le volume sanguin capillaire augmente.

• La cellule est proche d’un capillaire dont la PpO₂ est proche de 45 mmHg, mais elle ne reçoit pas de sang : l’oxygène y entre par diffusion et est consommé par les mitochondries sans ressortir de la cellule.

Compléments

📐 Formule — Dans le système cardiovasculaire, la consommation vérifie $VO_2=(P_{pO_2\,artériel}-P_{pO_2\,capillaire\,tissulaire})\times Q_C\times\beta$, où $Q_C=\mathrm{volume}\times\mathrm{fréquence\ cardiaque}$.

• Les fibroses augmentent l’épaisseur de la membrane alvéolo-capillaire, tandis que les thromboses et les embolies pulmonaires altèrent la PpO₂ du capillaire pulmonaire.

💡 Astuce mémo

160 → 150 → 105 → 95 → 45 → 35 → <5 mmHg

📊 Tableaux de synthèse

Niveaux de la cascade de l’oxygène

Compartiment	Transport dominant	PpO₂ approximative
Air ambiant	Convection	160 mmHg
Voies aériennes	Convection ventilatoire	150 mmHg
Alvéoles	Diffusion	105 mmHg
Capillaire pulmonaire	Diffusion alvéolo-capillaire	95 mmHg
Capillaire systémique	Convection circulatoire	45 mmHg
Cellule puis mitochondrie	Diffusion	35 puis <5 mmHg