Échanges gazeux et diffusion pendant l'exercice

Pendant l'exercice, le poumon doit transférer beaucoup plus d'oxygène dans le sang et en éliminer beaucoup plus de dioxyde de carbone, même si le débit sanguin pulmonaire augmente de plusieurs fois et que les globules rouges passent moins de temps dans les capillaires pulmonaires. Les échanges gazeux décrivent comment la ventilation alvéolaire, l'adéquation de la ventilation à la perfusion et la diffusion à travers la membrane alvéolo-capillaire se combinent pour maintenir l'oxygénation artérielle largement préservée sous cette charge.

Definition

Les échanges gazeux pulmonaires pendant l'exercice désignent le transfert d'oxygène du gaz alvéolaire vers le sang capillaire pulmonaire et de dioxyde de carbone dans la direction inverse, déterminés par la ventilation alvéolaire, l'adéquation ventilation-perfusion et la diffusion à travers la membrane alvéolo-capillaire sous les débits élevés de l'exercice.

Scope

Ce sujet couvre les déterminants des échanges gazeux pulmonaires pendant l'exercice : la ventilation alvéolaire et l'équation des gaz alvéolaires, la distribution et l'adéquation de la ventilation et de la perfusion, la diffusion de l'oxygène à travers la barrière alvéolo-capillaire et le rôle du temps de transit capillaire, ainsi que les circonstances dans lesquelles la différence alvéolo-artérielle en oxygène s'élargit. Il s'agit d'une entrée de référence et éducative, et non d'une évaluation clinique des échanges gazeux.

Core questions

• Comment le poumon maintient-il la tension artérielle en oxygène préservée lorsque le débit sanguin pulmonaire et la vitesse des globules rouges augmentent fortement ?
• Comment la ventilation et la perfusion s'équilibrent-elles à travers le poumon pendant l'exercice ?
• Quand la diffusion à travers la membrane alvéolo-capillaire devient-elle limitante ?
• Pourquoi la différence alvéolo-artérielle en oxygène peut-elle s'élargir à des charges de travail élevées ?

Key concepts

• Équation des gaz alvéolaires
• Adéquation ventilation-perfusion (V/Q)
• Différence alvéolo-artérielle en oxygène
• Limitation de la diffusion
• Temps de transit capillaire pulmonaire
• Capacité de diffusion pulmonaire
• Hypoxémie artérielle induite par l'exercice

Mechanisms

À mesure que l'exercice s'intensifie, l'augmentation de la ventilation alvéolaire et une perfusion plus uniforme améliorent l'adéquation globale de la ventilation au débit sanguin, tandis que la capacité de diffusion du poumon augmente à mesure que davantage de capillaires pulmonaires sont recrutés et distendus. Le transfert d'oxygène dépend du gradient de pression à travers la barrière alvéolo-capillaire et du temps qu'un globule rouge passe dans le capillaire pulmonaire ; à des débits cardiaques très élevés, ce temps de transit se raccourcit, et chez certains individus, l'équilibration de l'oxygène devient incomplète, produisant une limitation de la diffusion. Associé à un certain degré d'inégalité ventilation-perfusion, cela peut élargir la différence alvéolo-artérielle en oxygène et, chez certains athlètes très entraînés, entraîner une chute mesurable de la saturation artérielle en oxygène pendant un exercice intense (Dempsey 1999). L'efficacité des échanges gazeux pulmonaires est un maillon de la voie plus large de transport de l'oxygène du poumon vers le muscle (Wagner 1996), et la dynamique de la consommation d'oxygène au début du travail reflète la rapidité avec laquelle ce système répond (Whipp 1972).

Clinical relevance

Les mesures des échanges gazeux pendant l'exercice, telles que la différence alvéolo-artérielle en oxygène et la saturation artérielle en oxygène, éclairent l'interprétation des tests d'effort cardiopulmonaires et l'étude de la manière dont les maladies pulmonaires limitent l'exercice. Cette entrée décrit la physiologie normale à titre de référence et n'est pas un guide de diagnostic ou de traitement.

Evidence & guidelines

Le compte rendu des échanges gazeux à l'exercice s'appuie sur des études humaines utilisant la technique d'élimination de gaz inertes multiples et les mesures des gaz du sang artériel, ainsi que sur des revues intégratives et des manuels de physiologie respiratoire (Dempsey 1999 ; Wagner 1996 ; manuel de West). Les preuves sont mécanistiques et observationnelles.

History

Les échanges gazeux pulmonaires à l'exercice ont été clarifiés grâce aux travaux du milieu à la fin du XXe siècle sur la différence alvéolo-artérielle en oxygène, la technique d'élimination de gaz inertes multiples pour résoudre les distributions ventilation-perfusion, et les études sur la limitation de la diffusion et l'hypoxémie artérielle chez les sujets entraînés (Wagner 1996 ; Dempsey 1999).

Debates

Pourquoi l'hypoxémie artérielle induite par l'exercice survient-elle chez certains athlètes mais pas chez d'autres ?

Les contributions relatives de la limitation de la diffusion, de l'inégalité ventilation-perfusion et de l'hypoventilation relative à la chute de l'oxygénation artérielle observée chez certains individus entraînés pendant un exercice intense restent un sujet de discussion active.

Key figures

• Jerome A. Dempsey
• Peter D. Wagner
• John B. West
• Brian J. Whipp
• Susan R. Hopkins

Seminal works

• dempsey-1999
• wagner-1996

Frequently asked questions

Pourquoi le poumon maintient-il généralement les niveaux d'oxygène artériel stables pendant l'exercice ?

Une ventilation et une perfusion accrues et plus uniformes, le recrutement de capillaires pulmonaires qui augmente la capacité de diffusion, et le gradient de pression d'oxygène élevé à travers la membrane permettent ensemble au sang de se charger presque entièrement en oxygène même à des débits élevés.

Qu'est-ce que l'hypoxémie artérielle induite par l'exercice ?

Il s'agit d'une chute mesurable de la saturation artérielle en oxygène pendant un exercice intense, observée chez certains athlètes très entraînés, attribuée à une combinaison de limitation de la diffusion due à un temps de transit des globules rouges raccourci et à une certaine inégalité ventilation-perfusion.