Chapitre 5 — Transport des gaz · Topic 1 · Leçon 1.1
L’oxygène franchit la membrane alvéolo-capillaire par diffusion passive, décrite par la loi de Fick. Cette leçon détaille cette loi, ses paramètres, les caractéristiques de la membrane d’échange et la cascade des pressions partielles qui pousse l’O2 de l’air ambiant jusqu’au sang artériel.
🎯 Objectifs pédagogiques
- Écrire la loi de Fick et identifier ses paramètres ;
- Décrire la membrane alvéolo-capillaire (surface, épaisseur) ;
- Suivre la cascade des pressions partielles en O2 (Pamb → Pi → PA → Pa) ;
- Expliquer les pathologies qui altèrent la diffusion (fibrose, œdème).
🧭 Plan de la leçon
- Le trajet de l’O2 : 4 étapes convection/diffusion
- La loi de Fick appliquée à la membrane alvéolo-capillaire
- La cascade des pressions partielles en O2
1. Le trajet de l’O2 : 4 étapes convection/diffusion
De l’atmosphère jusqu’aux mitochondries, l’O2 franchit quatre étapes qui alternent convection et diffusion :
| Étape | Mécanisme | Trajet |
|---|---|---|
| 1 | Convection (ventilation) | Air ambiant → alvéoles pulmonaires |
| 2 | Diffusion | Alvéoles → globules rouges (membrane alvéolo-capillaire) |
| 3 | Convection (circulation) | Sang artériel → tissus périphériques |
| 4 | Diffusion | Capillaires tissulaires → mitochondries |
Le CO2 emprunte les mêmes 4 étapes mais dans le sens inverse : diffusion tissulaire → convection sanguine → diffusion alvéolo-capillaire → convection ventilatoire vers l’atmosphère.
2. La loi de Fick appliquée à la membrane alvéolo-capillaire
V̇gaz = (α × S / e) × D × (P1 − P2)
Avec :
- V̇gaz : débit diffusif du gaz (volume/temps) ;
- S : surface d’échange de la membrane ;
- e : épaisseur de la membrane ;
- D : constante de diffusion du gaz : D = αSol / √PM (proportionnelle à la solubilité, inversement proportionnelle à √PM) ;
- P1 − P2 : différence de pression partielle du gaz de part et d’autre de la membrane.
Le débit diffusif V̇gaz est :
- Proportionnel à la surface S, à la constante D et au gradient de pression (P1 − P2) ;
- Inversement proportionnel à l’épaisseur e de la membrane.
- Surface S ≈ 70 m² (adulte). Réduite par pneumonectomie, emphysème, atélectasie.
- Épaisseur e ≈ 0,2 à 1 μm (ultra-fine). Augmentée dans la fibrose pulmonaire et l’œdème pulmonaire.
Toute augmentation de e ou toute réduction de S diminue la diffusion et peut provoquer une hypoxémie.
La constante de diffusion DCO2 est environ 20 fois supérieure à DO2 (car CO2 est ~24 fois plus soluble dans l’eau que O2). Conséquence clinique : les pathologies qui altèrent la diffusion (fibrose, œdème) provoquent une hypoxémie sans hypercapnie — le CO2 continue à s’éliminer facilement, seule l’oxygénation se dégrade. C’est un signe précieux au raisonnement clinique.
3. La cascade des pressions partielles en O2
La pression partielle en O2 chute progressivement à chaque étape, de l’atmosphère aux tissus. C’est cette différence de pression qui pousse l’O2 vers l’aval.
| Étape | Formule | Valeur (au niveau de la mer) |
|---|---|---|
| Air ambiant sec (PambO2) | = PB × FiO2 | 760 × 0,21 = 159 mmHg |
| Air inspiré humidifié (PiO2) | = (PB − Peau) × FiO2 | (760 − 47) × 0,21 ≈ 150 mmHg |
| Alvéole (PAO2) | Dilution par CO2 alvéolaire | ≈ 100 mmHg |
| Sang artériel (PaO2) | Équilibre alvéolo-capillaire | ≈ 95-100 mmHg (PaO2 ≈ PAO2) |
| Sang veineux (PvO2) | Après extraction tissulaire | ≈ 40 mmHg |
| Tissus (PtissusO2) | Extraction cellulaire | ≈ 40 mmHg (variable) |
| Mitochondrie | Consommation active | ~ 5 mmHg |
Le sang veineux qui arrive aux capillaires pulmonaires a une PvO2 ≈ 40 mmHg. Face à lui, la PAO2 alvéolaire ≈ 100 mmHg. Le gradient est donc ΔP ≈ 60 mmHg — largement suffisant pour que l’O2 diffuse en 0,25 seconde à travers la membrane alvéolo-capillaire jusqu’à équilibrer la PO2 du sang avec celle de l’alvéole. En sortie : PaO2 ≈ PAO2 ≈ 100 mmHg.
En altitude, PB diminue (760 mmHg au niveau de la mer, ~500 mmHg à 3 000 m, ~250 mmHg au sommet de l’Everest). La FiO2 reste à 21 % (pas de « raréfaction » de l’O2), mais la PambO2 chute proportionnellement à PB. Au sommet de l’Everest : PambO2 ≈ 53 mmHg (vs 159), et la PAO2 ne dépasse pas 30 mmHg. Le corps compense par hyperventilation, polyglobulie (EPO ↑) et augmentation du 2,3-DPG (voir Leçon 2.3).
🧠 À retenir absolument
- Trajet en 4 étapes : convection ventilatoire → diffusion alvéolo-capillaire → convection sanguine → diffusion tissulaire.
- Loi de Fick : V̇gaz = (α × S / e) × D × (P1 − P2). Débit ∝ surface, gradient de P ; débit ∝ 1/épaisseur.
- Membrane alvéolo-capillaire : S ≈ 70 m², e ≈ 0,2-1 μm.
- Cascade des PO2 : 159 → 150 → 100 → 100 mmHg (ambiant → inspiré → alvéolaire → artériel).
- Gradient alvéolo-capillaire ΔP ≈ 60 mmHg, équilibrage en 0,25 s → PaO2 ≈ PAO2.
- CO2 diffuse ~20 × plus vite que O2 → altérations diffusives donnent hypoxémie sans hypercapnie.
❓ Questions fréquentes
Pourquoi PAO2 est-elle inférieure à PiO2 ?
Parce que l’air alvéolaire est un mélange : l’air inspiré y arrive, mais s’y mélange avec le CO₂ éliminé par le sang et avec un peu de vapeur d’eau. La PACO₂ (~40 mmHg) « dilue » la PAO₂. Résultat : la PAO₂ chute de 150 à environ 100 mmHg.
Pourquoi la fibrose pulmonaire donne-t-elle une hypoxémie ?
Parce qu’elle augmente l’épaisseur e de la membrane alvéolo-capillaire par dépôt de collagène. D’après la loi de Fick, le débit diffusif est inversement proportionnel à e. L’O₂ traverse mal, la PaO₂ chute. Comme le CO₂ diffuse 20 fois plus vite, sa PaCO₂ reste normale : c’est le tableau typique d’insuffisance respiratoire par trouble diffusif.
Que se passe-t-il si l’on fait respirer 100 % d’O₂ ?
La FiO₂ passe de 21 à 100 %, la PiO₂ atteint (760 − 47) × 1 ≈ 713 mmHg, la PAO₂ monte à ~670 mmHg, et la PaO₂ peut atteindre 600 mmHg chez un sujet sain. On sature ainsi complètement l’hémoglobine et on augmente légèrement l’O₂ dissous. Utile dans les hypoxémies par trouble diffusif ou hypoventilation, mais peu efficace en cas de shunt vrai.
Combien de temps une hématie passe-t-elle dans un capillaire pulmonaire ?
Environ 0,75 seconde au repos. Or l’équilibrage O₂ entre alvéole et sang est atteint en 0,25 seconde. Il y a donc une réserve de temps considérable (facteur 3) : la diffusion pulmonaire n’est jamais le facteur limitant chez le sujet sain, même à l’effort intense où le temps de contact peut chuter à ~0,25 s.
🚀 Pour aller plus loin
Contenu pédagogique original — Réussir SVT. L’équipe Réussir SVT.