Diffusion à travers la membrane alvéolo-capillaire

La diffusion à travers la membrane alvéolo-capillaire est le mouvement passif de l'oxygène et du dioxyde de carbone entre le gaz alvéolaire et le sang capillaire, sous l'effet des gradients de pression partielle à travers la fine barrière qui les sépare. L'énorme surface et l'épaisseur minimale de cette barrière rendent ce transfert remarquablement rapide.

Definition

La diffusion à travers la membrane alvéolo-capillaire est le transfert passif de gaz entre l'air alvéolaire et le sang capillaire pulmonaire, suivant leurs gradients de pression partielle, à un rythme déterminé par le gradient, la surface et l'épaisseur de la barrière, et les propriétés de diffusion du gaz.

Scope

Ce sujet aborde la structure de la barrière alvéolo-capillaire, la loi de diffusion de Fick appliquée au poumon, la distinction entre le transfert de gaz limité par la diffusion et celui limité par la perfusion, le concept de capacité de diffusion, et la contribution respective des composants membranaires et sanguins. Il s'agit de physiologie de référence et non de conseils cliniques.

Core questions

• Quelles sont les caractéristiques structurelles de la barrière alvéolo-capillaire qui favorisent une diffusion rapide ?
• Comment la loi de Fick décrit-elle le taux de transfert gazeux dans le poumon ?
• Qu'est-ce qui distingue un gaz dont le transfert est limité par la perfusion d'un gaz dont le transfert est limité par la diffusion ?
• Qu'est-ce que la capacité de diffusion, et quels facteurs membranaires et sanguins la déterminent ?

Key concepts

• Structure de la barrière alvéolo-capillaire
• Loi de diffusion de Fick
• Transfert limité par la perfusion versus limité par la diffusion
• Capacité de diffusion (facteur de transfert)
• Résistances membranaires et sanguines (globules rouges)
• Effet de l'épaississement de la barrière sur le transfert

Key theories

Loi de Fick appliquée au poumon

Le taux de transfert gazeux est proportionnel à la surface et à la différence de pression partielle, et inversement proportionnel à l'épaisseur de la barrière, pondéré par une constante de diffusion spécifique au gaz ; ce cadre explique pourquoi la surface alvéolaire, fine et vaste, est si efficace.

Composants membranaire et sanguin de la capacité de diffusion

Roughton et Forster ont divisé la résistance à la captation des gaz en une composante membranaire et une composante sanguine (réaction des globules rouges avec l'hémoglobine), montrant que la capacité de diffusion reflète à la fois la barrière et la vitesse de combinaison chimique dans le sang.

Mechanisms

La barrière alvéolo-capillaire comprend l'épithélium alvéolaire, une région de membrane basale fusionnée et l'endothélium capillaire, présentant une très grande surface totale et un trajet de diffusion très court. Selon la loi de Fick, le taux de transfert augmente avec la surface et le gradient de pression partielle, et diminue avec l'épaisseur de la barrière. Pour l'oxygène et le dioxyde de carbone chez un individu sain, le sang s'équilibre avec le gaz alvéolaire bien avant la fin du temps de transit capillaire, de sorte que le transfert est limité par la perfusion (déterminé par le débit sanguin) plutôt que par la diffusion ; en cas d'épaississement des membranes ou de transit raccourci, une limitation de la diffusion peut apparaître. La capacité de diffusion quantifie la conductance du poumon pour un gaz et, comme l'ont montré Roughton et Forster, reflète à la fois une résistance membranaire et une résistance côté sanguin résultant de la vitesse à laquelle le gaz réagit avec l'hémoglobine dans le globule rouge.

Clinical relevance

La capacité de diffusion du monoxyde de carbone est une mesure standard de la fonction pulmonaire utilisée pour caractériser les propriétés de transfert gazeux du poumon, et la distinction entre limitation par la perfusion et limitation par la diffusion explique pourquoi une altération de la diffusion est plus importante pendant l'exercice ou en altitude. Cette entrée décrit la physiologie à titre de référence et ne fournit pas de critères diagnostiques ni de conseils de traitement.

Evidence & guidelines

Les concepts relèvent de la physiologie établie, fondés sur la partition classique de la capacité de diffusion en composants membranaires et sanguins, sur l'étude morphométrique de la surface d'échange gazeux et sur les manuels de référence. Le sujet est une physiologie descriptive plutôt qu'une pratique régie par des lignes directrices.

History

L'étude quantitative de la diffusion pulmonaire a progressé au milieu du XXe siècle lorsque Roughton et Forster ont séparé les contributions membranaires et sanguines à la captation des gaz, et que les travaux morphométriques ultérieurs de Weibel ont établi la base structurelle — surface et épaisseur de la barrière — de la capacité de diffusion élevée du poumon. Ces idées restent le fondement de la mesure clinique du facteur de transfert.

Key figures

• Francis Roughton
• Robert Forster
• Ewald Weibel
• John B. West

Seminal works

• roughton-forster-1957
• weibel-1973

Frequently asked questions

Que signifie le fait que le transfert d'oxygène est normalement limité par la perfusion ?

Cela signifie que, dans des conditions de repos, le sang s'équilibre complètement avec l'oxygène alvéolaire bien avant de quitter le capillaire, de sorte que la quantité d'oxygène captée est déterminée par le débit sanguin plutôt que par la vitesse de diffusion.

Pourquoi la capacité de diffusion est-elle généralement mesurée avec du monoxyde de carbone ?

Le monoxyde de carbone se lie à l'hémoglobine avec une telle avidité que sa pression partielle capillaire reste proche de zéro, ce qui fait que sa captation dépend des propriétés de diffusion du poumon plutôt que du débit sanguin, ce qui est l'objectif de la mesure de la capacité de diffusion.