Aspects fonctionels et pratiques de la respiration

Question 1

Décrivez la relation entre la pression partielle d’O2 et la pression partielle du CO2 dans les endroits suivants: Air inspiré, alvéoles pulmonaires, sang entrant dans les capillaires à partir des poumons, tissus, sang entrant dans les poumons après les capillaires.

Answer 1

Air: PO2 de 160mm HG, PCO2 de 0,3mmHG.
Alvéoles: PO2 de 104mmHG (ceci facilite le mouvement d’oxygène via son gradient de pression à partir de l’air), PCO2 de 40mmHG (air stagnante).
Sortant des poumons: PO2 de 100mmHG (légèrement plus faible que les alvéoles pour permettrent l’écoulement de l’oxygène), PCO2 de 40mmHG.
Tissus: Variables selon le tissu. En générale, PO2 < 40mmHG (les tissus vont utiliser l’oxygène) et PCO2 > 45mmHG.
Entrant des poumons: IDEM que les tissus.

Question 2

Vrai ou Faux: L’oxygène attaché à des métalloprotéines dans le sang ne participent pas à la pression partielle d’O2.

Answer 2

Vrai. Ceci permet de garder la pression d’O2 basse même quand le sang est chargé d’oxygène, facilitant la dissolution de l’oxygène dans les tissus.

Question 3

Distinguez entre les différents types de pigments respiratoires vus en classe.

Answer 3

Hémoglobine: Le plus commun dans les taxons animales. Composé de 4 associations de globine (2 alphas et 2 betas) et d’hème. Rouge vif lorsque oxygéné, rouge foncé lorsque désoxygéné.
Myoglobine: Composé de seulement une sous-unité globine-hème. Également rouge. Trouvé principalement dans les muscles.
Chlorocruorine: Hémoglobine modifié, principalement trouvé chez les annélides marins et certaines sangsues. Vert pâle lorsque désoxygéné, vert foncé/rouge lorsqu’oxygéné.
Hémocyanine: Protéine + Hème, principalement trouvé chez les arthropodes et mollusques. Transparent lorsque désoxygéné, bleu lorsqu’oxygéné.
Hémérythrine: Protéine + Fer, principalement retrouvé chez les vers marins. Transparent lorsque désoxygéné, violet lorsqu’oxygéné.

Question 4

Pourquoi est-il avantageux que la myoglobine devienne saturé en O2 plus rapidement que l’hémoglobine?

Answer 4

Ceci permet à la myoglobine de capturer de l’oxygène même à de très faibles pressions d’O2. Les muscles utilises beaucoup d’oxygène et la pression O2 est donc faible, il est donc avantageux que la myoglobine puisse faire ceci.

Question 5

Distinguez entre l’état T et l’état R de l’hémoglobine.

Answer 5

État T: État Tense ou désoxygéné. Les globines sont renforcés par des liaisons hydrogènes et en diagonales par des ponts salins, qui vont renforcer la structure de l’hémoglobine désoxygéné.
État R: État oxygéné. Les ponts salins vont disparaître, faisant en sorte que les autres unités peuvent s’attacher beaucoup plus facilement à de l’oxygène. Cette action coopérative des 4 sous-unités permettent une plus grande affinité pour l’O2.

Question 6

Vrai ou Faux: L’hémoglobine foétale à un plus grand pourcentage de saturation d’O2 que l’hémoglobine maternel.

Answer 6

Faux.

Question 7

Décrivez l’effet Bohr.

Answer 7

Quand le pH diminue (deviens plus acide), l’affinité pour l’oxygène diminue et vice-versa. Au niveau des surfaces respiratoires, où il y a le moins de CO2, le pH est le plus haut. Les pigments vont donc pouvoir se charger au maximum.

Question 8

Vrai ou Faux: Une augmentation de température va faire en sorte que l’hémoglobine se sature en oxygène plus lentement.

Answer 8

Vrai.

Question 9

Vrai ou Faux: La présence de 2,3-DPG va entraîner une réduction dans le taux de saturation d’O2. L’hémoglobine va donc devenir saturer plus rapidement.

Answer 9

Faux - l’inverse est vrai.

Question 10

Décrivez l’effet Root.

Answer 10

Se rajoute à l’effet Bohr. L’effet Root, en particulier, est l’effet supplémentaire qui dit que le taux maximum d’oxygène qui peut être capturer par l’hémoglobine va également diminuer quand la pente se déplace vers la droite, ce qui n’est pas le cas quand on discute l’effet Bohr.

Question 11

Pourquoi le monoxide de carbone (CO) est-il aussi dangereux?

Answer 11

Parce que l’hémoglobine a une affinité beaucoup plus grande pour le CO que pour O2.

Question 12

Décrivez les 3 formes de transport sanguin du CO2. Laquelle est la plus commune?

Answer 12

• Gaz dissout dans le plasma (10%)
• En complexe avec l’hémoglobine (Hb.CO2) (20%)
• Ions bicarbonates dans le plasma (70%).

Question 13

Qu’est-ce que l’effet Haldane?

Answer 13

Le sang désoxygéné peut porter plus de CO2 que le sang oxygéné. Ceci favorise les échanges entre les pigments respiratoires, les surfaces d’échange et les tissus.

Question 14

Quelle protéine est présente uniquement dans les globules rouges et va permettre de convertir le H2O et CO2 en HCO3- et H+?

Answer 14

L’anhydrase carbonique.

Question 15

Vrai ou Faux: La réaction de H2O + CO2 -> H2CO3- -> HCO3- + H+ est seulement possible dans les globules rouges.

Answer 15

Faux: elle est possible dans le plasma. Cependant, sans l’anhydrase carbonique des globules rouges, elle va se faire beaucoup plus lentement.

Question 16

Qu’est-ce que l’effet de Hamburger?

Answer 16

Le HCO3- produit dans la globule rouge va pouvoir être échanger pour des ions de Cl- dans le plasma, permettant la globule rouge de convertir plus de CO2. L’inverse est également possible lorsque le sang doit se débarrasser de CO2.

Question 17

Qu’est-ce que la poussé oxyque?

Answer 17

L’O2 va rentrer dans la globule rouge et forcémment séparer l’ions H+ de HHb pour se lier à Hb. L’ion H+ va aller participer dans la réaction du bicarbonate.

Question 18

Que sont les régulations possibles du système respiratoire des Vertébrés?

Answer 18

• répondre aux changements de l’environnement externe et interne
• être capable de répondre à la demande en O2 selon les besoins énergétiques
• être capable de se débarrasser du CO2 afin d’éviter les perturbations de pH sanguin

Question 19

Quel est la fenêtre optimale de pH sanguin chez un humain? Que sont les organes qui permettent de réguler ce pH?

Answer 19

6,8-7,8. Le pH optimale est de 7,4. Les organes qui vont réguler le pH sont les poumons (via compensation respiratoire) et les reins (utilisation de tampons à phosphate et ammonium).

Question 20

Qu’est-ce qui est représenté sur le diagramme de Davenport?

Answer 20

Il représente l’équation de Henderson-Hasselbalch. En bref, l’équation stipule que lorsque la pression CO2 diminue et quand la concentration d’HCO3- augmente, le pH va augmenter, et vice-versa.

Question 21

Qu’est-ce qu’une acidose? Qu’est-ce qui peut causé une acidose? Que sont les réponses de l’organisme?

Answer 21

Acidose: Augmentation extrême des ions H+ ou de CO2 dans le sang. Le pH va diminuer et l’HCO3- va être réverti en CO2.
Causes: Métaboliques (accumulation d’acide lactique/kétoacide, pertes d’ions HCO3-, etc.) ou respiratoire (respiration moins fréquentes).
Réponses: Plus d’expulsion de CO2 des poumons (hyperventilation), compensation rénale (sécrétion de H+ et réabsorption de HCO3-).

Question 22

Qu’est-ce qu’une alcalose? Qu’est-ce qui peut causé une alcalose? Que sont les réponses de l’organisme?

Answer 22

Alcalose: Diminution extrême des ions H+ ou de CO2 dans le sang. Le pH va augmenter et le CO2 va être d’avantage converti en HCO3-.
Causes: Métaboliques (perte d’ions suites à un vomissement), respiratoire (hyperventilation).
Réponses: Moins d’expulsion de CO2 des poumons (hypoventilation), compensation rénale (sécrétion de HCO3- et réabsorption de H+).

Question 23

Distinguez entre les centres respiratoires du bulbe rachidien des Mammifères.

Answer 23

GRV (Groupe respiratoire ventrale): Générateur du rythme respiratoire (Inspiration/Expiration)
GRD (Groupe respiratoire dorsale): Intégrateur d’influx sensoriels périphériques -> modulations GRV
PRG (Groupe respiratoire pontin): intègre les influx sensoriels pour modifier GRV et GRD lors des transitions inspiration/expiration.

Question 24

Qu’est-ce qui explique qu’en milieu aquatique, la concentration d’O2 soit régulatrice, mais qu’en milieu aérien, la concentration de CO2 soit régulatrice?

Answer 24

Les animaux terrestres ont des plus fortes pressions partielles en CO2 et O2 par rapport à un animal aquatique. Ceci va affecté la quantité de HCO3- et de CO2 dans le sang, et par conséquent le pH. Les animaux terrestres ont beaucoup plus de CO2 et de HCO3 dans le sang parce que dans un milieu aquatique, la ventilation est beaucoup plus fréquente et importante qui va permettre le débarrassage de CO2. La ventilation fréquente pour obtention d’O2, peu abondant en milieu aquatique, explique pourquoi les chémorécepteurs analyse le CO2 en milieu aquatique. L’inverse est vrai pour les animaux dans un milieu aérien.

Question 25

Pourquoi est-il vrai de dire que la régulation de la respiration d’un animal à respiration aérienne s’effectue majoritairement via le contrôle chimique des variations de CO2 et de pH quand l’O2 peut avoir un effet sur les chémorécepteurs périphériques?

Answer 25

La PO2 doit descendre en dessous de 60mm HG, à partir de 100mmHG, pour avoir un effet. Ceci est extrêmement difficile à accomplir.

Question 26

Décrivez comment une haute pression partielle en CO2 va stimuler les chémorécepteurs centraux et périphériques.

Answer 26

1. CO2 passe la barrière du liquide céphalorachidien (LCR).
2. Action de l’anhydrase carbonique
3. • de HCO3- et de H+
4. H+ stimule les chémorécepteurs.

Question 27

Décrivez des méthodes de régulation de la ventilation des Mammifères qui ne sont pas liés à la concentration sanguine ou du liquide céphalorachidien.

Answer 27

• Afférence hypothalamique: modification « reflexe » de fréquence/amplitude de respiration
• Afférence corticale : modification volontaire de fréquence/amplitude de respiration
• Réflexe de distension pulmonaire : terminent l’inspiration et déclenchent l’expiration
• Réflexe irritant : constriction « reflexe » des structures de l’appareil respiratoire (toux, éternuement)

Question 28

Décrivez la réaction du système respiratoire à une hypercapnie.

Answer 28

Hypercapnie: augmentation du taux de CO2.

1. Pco2 sanguine augmente, diffuse dans encéphale. Plus de CO2 dans le LCR
2. CO2 = HCO3- + H+ mène à une augmentation [H+] et donc un plus faible pH dans le LCR
3. Fréquence de ventilation augmente, élimination CO2 augmente. Baisse de Pco2 sanguine
4. pH augmente dans le LCR > Retour à une ventilation (quasi) normale

Question 29

Décrivez la réaction du système respiratoire à une hypoxie.

Answer 29

1. Po2 sanguine diminue va augmenter la ventilation et élimination de CO2, donc une diminution dans la Pco2 sanguine.
   2.pH augmente dans le LCR, menant à une Alcalose respiratoire
   Une adaptation contre ce problème est l’élimination de HCO3- par les reins.

Question 30

Que sont les conséquences sur un humain d’être trop en altitude?

Answer 30

Une grande diminution de la PO2 et éventuellement une hypoxie, qui va mener à une alcalose respiratoire. Ceci va causer une respiration intermittente, des troubles de sommeil, une augmentation du pH sanguin, une diminution d’oxygénation des tissus et une diminution de 2,3-DPG.

Question 31

Comment une augmentation en hématocrite peut-elle combattre les symptômes d’une haute altitude? Quel est le désavantage de cette méthode?

Answer 31

L’hématocrit va augmenter la quantité d’O2 qui peut être charger par pigment. Cependant, l’hématocrit va également augmenter la viscosite du sang.

Question 32

Nommez quelques stratégies d’adaptations à une baisse de PO2 à haute altitude.

Answer 32

• Plus de ventilations
• Plus d’hématocrite
• Plus de capillaires
• Un plus haut taux de myoglobine.

Question 33

Vrai ou Faux: Il est très avantageux d’avoir beaucoup de 2,3-DPG dans le sang à haute altitude.

Answer 33

FAUX: C’est l’inverse qui est vrai.

Question 34

Pourquoi est-ce que même quand le temps de passage du sang dans les capillaires diminue (comme par exemple en activité physique intense) est-ce que la pression partielle O2 ne diminue-t’elle pas?

Answer 34

Parce que les 2/3 de capillaires qui ne sont normalement pas utilisés vont pouvoir compenser et maintenir la pression O2.

Question 35

Vrai ou Faux: Quand il y a une augmentation dans la ventilation, il va y avoir augmentation de la perfusion.

Answer 35

Vrai.

Question 36

Nommez quelques adaptations physiologiques à des plongées fréquentes.

Answer 36

• Volume sanguine élevé
• Hématocrite élevé
• Concentration importante de myoglobine
• Plus grande rate

Question 37

Qu’est-ce qui cause une ivresse des profondeurs?

Answer 37

La pression partielle d’azote va augmenter énormément avec la profondeur. Une trop forte concentration d’azote va entraîner des effets sur les fonctions cognitives.

Question 38

Qu’est-ce qui peut causer un accident de décompréssion?

Answer 38

Quand un plonguer remonte trop vite de 60m, la pression d’azote et la quantité d’azote dissout dans le sang va rapidement diminué dans le sang. Il va donc y avoir formation de bulles d’azote, entraînant un mal des muscles et aux articulations, un mal de tête, des problèmes neurologiques ou même un AVC.

Question 39

Que sont les effets d’un caisson qui sert à éviter un accident de décompréssion?

Answer 39

• Meilleur transport d’O2
• Vasoconstriction des sinus et vasodilatation des tissus hypoxiques.
• Effet anti-infectieux grâce à la bactéricide des germes anaérobies
• Effet de cicatrisation

Question 40

Pourquoi peut-on dire que les adaptations humaines aux altitudes sont une convergence évolutive?

Answer 40

Les populations humaines n’ont pas tout évoluées de la même manière en réponse à l’altitude.

• Tibétains ont une hyperventilation permanente et une concentration d’hémoglobine plus élevée
• Andéens ont plus d’hématocrite et un plus gros volume de leur cage thoracique