Chapitre 5 — Transport des gaz · Topic 2 · Leçon 2.1
L’O2 circule dans le sang sous deux formes : dissous dans le plasma (petite quantité) et lié à l’hémoglobine (l’essentiel). Cette leçon décrit la première forme, régie par la loi de Henry, et explique pourquoi elle est totalement insuffisante à couvrir les besoins de l’organisme sans l’hémoglobine.
🎯 Objectifs pédagogiques
- Écrire la loi de Henry ;
- Calculer le contenu en O2 dissous ;
- Montrer pourquoi la forme dissoute est insuffisante ;
- Comprendre l’intérêt de l’oxygénothérapie hyperbare.
🧭 Plan de la leçon
- La loi de Henry
- Calcul du contenu artériel dissous
- Pourquoi la forme dissoute ne suffit pas
1. La loi de Henry
À température constante, la quantité de gaz dissous dans un liquide est proportionnelle à sa pression partielle au-dessus du liquide.
[O2]dissous = α × PO2
Avec α = coefficient de solubilité de l’O2 dans le plasma à 37 °C. Pour l’O2 :
α ≈ 0,003 mL d’O2 / 100 mL de sang / mmHg
Autrement dit : pour chaque mmHg de PO2, il y a 0,003 mL d’O2 dissous dans 100 mL de sang.
L’O2 est très peu soluble dans les liquides. À titre de comparaison, le CO2 est 24 fois plus soluble que l’O2 dans le plasma : αCO2 ≈ 0,072 mL/100 mL/mmHg. Cette différence explique en partie pourquoi le CO2 diffuse plus vite (loi de Fick, D ∝ αSol) et pourquoi il est efficacement transporté sous forme dissoute alors que l’O2, non.
2. Calcul du contenu artériel dissous
Au repos, dans le sang artériel : PaO2 = 100 mmHg. D’après la loi de Henry :
CaO2, dissous = 0,003 × 100 = 0,3 mL / 100 mL de sang
Soit 3 mL d’O2 dissous par litre de sang.
3. Pourquoi la forme dissoute ne suffit pas
Calculons ce qu’exigerait le transport de l’O2 uniquement sous forme dissoute :
- Consommation d’O2 au repos : V̇O2 = 250 mL/min.
- Contenu dissous par litre de sang : 3 mL.
- Débit cardiaque nécessaire : Q = V̇O2 / Cdissous = 250 / 3 ≈ 83 L/min.
Or le débit cardiaque normal est de 5-6 L/min. La forme dissoute est donc totalement insuffisante pour couvrir les besoins de l’organisme, même au repos. Un cœur devrait éjecter ~17 fois plus de sang à chaque battement — anatomiquement impossible.
La solution évolutive : fixer l’O2 sur une protéine transporteuse, l’hémoglobine, qui augmente considérablement la capacité de transport du sang. À PaO2 = 100 mmHg, l’hémoglobine transporte ~20 mL d’O2 pour 100 mL de sang — soit ~65 fois plus que la forme dissoute. Grâce à cela, un débit cardiaque de 5-6 L/min suffit largement (voir Leçon 2.2).
Dans une chambre hyperbare (pression 2-3 atm, O2 à 100 %), la PaO2 peut monter à ~2 000 mmHg. La forme dissoute devient alors :
CaO2, dissous = 0,003 × 2 000 = 6 mL / 100 mL
Soit 60 mL/L de sang, ce qui rejoint la consommation normale sans avoir besoin d’hémoglobine ! C’est le principe de l’oxygénothérapie hyperbare, utilisée pour :
- Intoxication au CO (l’Hb est bloquée par la carboxyhémoglobine, il faut oxygéner par la forme dissoute) ;
- Accidents de plongée (embolie gazeuse) ;
- Certaines infections à germes anaérobies (gangrène gazeuse).
Contrairement à l’O2, le CO2 est transporté principalement sous forme dissoute (~10 %) et surtout sous forme de bicarbonates HCO3− (~70 %) et de composés carbaminés fixés à l’hémoglobine (~20 %). Sa haute solubilité et sa réaction rapide avec l’eau (H2CO3 → H+ + HCO3−) rendent son transport bien plus efficace.
🧠 À retenir absolument
- Loi de Henry : [O2]dissous = α × PO2.
- Pour l’O2 : α = 0,003 mL / 100 mL / mmHg.
- À PaO2 = 100 mmHg : CaO2, dissous = 0,3 mL / 100 mL (3 mL/L).
- Pour couvrir les besoins par la seule forme dissoute : Q ≈ 83 L/min (impossible).
- C’est l’hémoglobine qui rend le transport de l’O2 viable (voir Leçon 2.2).
- Exception : oxygénothérapie hyperbare (P × 3) permet de tripler l’O2 dissous → utilisée en intoxication au CO.
❓ Questions fréquentes
Pourquoi l’O₂ est-il si peu soluble ?
Parce que c’est une molécule apolaire (O=O), peu affine pour l’eau qui est polaire. Sa solubilité dans le plasma est comparable à celle dans l’eau pure : très faible. Le CO₂, plus polarisable et réactif chimiquement (formation d’acide carbonique), est bien plus soluble. Cette différence de solubilité explique aussi pourquoi le CO₂ diffuse ~20 fois plus vite dans les tissus.
L’oxygène dissous joue-t-il un rôle physiologique ?
Oui, un rôle indirect capital : c’est la forme dissoute qui détermine la PaO₂ et donc le gradient qui pousse l’O₂ à traverser la membrane alvéolo-capillaire ET la membrane capillaire tissulaire. Sans forme dissoute, l’hémoglobine ne saurait ni se charger ni se décharger. La forme liée fait office de « réservoir tampon » qui maintient la PaO₂ stable, mais c’est bien la forme dissoute qui participe aux échanges.
Combien d’O₂ dissous transporte-t-on en pratique ?
Pour un adulte au repos avec un débit de 5 L/min : 3 mL/L × 5 L/min = 15 mL/min d’O₂ dissous délivrés aux tissus. À comparer aux ~1 000 mL/min transportés par l’hémoglobine. La forme dissoute représente donc à peine 1-2 % du transport total en conditions physiologiques.
Comment fonctionne l’oxygénothérapie hyperbare ?
Le patient est placé dans un caisson pressurisé à 2-3 atmosphères et respire 100 % d’O₂. La PaO₂ peut atteindre 1 500-2 000 mmHg. Selon Henry, l’O₂ dissous explose et peut couvrir seul les besoins tissulaires. En cas d’intoxication au CO (l’Hb est bloquée par HbCO), c’est le seul moyen d’oxygéner le patient en attendant l’élimination du CO. L’HBO accélère aussi cette élimination (demi-vie de HbCO passe de 5 h à ~20 min).
🚀 Pour aller plus loin
Contenu pédagogique original — Réussir SVT. L’équipe Réussir SVT.