Title: PHYSIOLOGIE DE L
1PHYSIOLOGIE DE LAPPAREIL RESPIRATOIRE
- Année 2008-2009
- Françoise Tournery Bachel
-
-
2- Lappareil respiratoire joue 2 grands rôles
-
- Ø La respiration
- - Ventilation (mécanique ventilatoire)
- - Échanges gazeux (dans les alvéoles)
- - Transport des gaz par la sang
- - Diffusion tissulaire
-
- Ø Lépuration muco-ciliaire (avec le système de
défense immunologique local Immunoglobulines A
/ macrophages)
31. Les fonctions non respiratoires du poumon
-
- 1.1. Les mécanismes de défense
- Le poumon étant la plus grande surface de
lorganisme en contact avec le milieu extérieur,
il a besoin dun système dépuration très
élaboré. - Les particules inhalées sont éliminées en
fonction de leur taille - - Si leur ? ? 5 ?, elles sont arrêtées au
niveau du rhinopharynx - - Si leur 1 ? ? ? 5 ?, elles se déposent
dans les voies trachéobronchiques - - Si leur ? ? 1 ?, elles atteignent les
alvéoles
4-
- Ø Le tapis mucociliaire va permettre
lélimination de ces particules piégées dans le
mucus et évacuées vers le pharynx où elles seront
expectorées ou dégluties. - Ce phénomène st aussi appelé clairance
mucociliaire. -
- ? Lexposition à la fumée de tabac ou à certains
polluants altèrent la fonction ciliaire et la
qualité du mucus -
- ? La mucoviscidose, la BPCO, Lasthme, la DDB
(dilatation des bronches), saccompagnent
danomalies mucociliaires
5-
-
- Ø Le surfactant dont le rôle est dempêcher
latélectasie ou collapsus alvéolaire, joue aussi
un rôle immunologique. Il stimule la phagocytose
et la migration des macrophages alvéolaires. - Il a une action antibactérienne. Enfin il peut
fixer des particules solubles qui seront ensuite
éliminées par les voies aériennes, sanguines ou
lymphatiques.
6-
-
- Ø Les macrophages alvéolaires sont des
cellules capitales pour la défense du poumon
profond. Ils déclenchent la réponse
lymphocytaire et génèrent de nombreuses
substances intervenant dans les réactions de
défense mais qui peuvent aussi devenir source
dinflammation chronique. -
- Ø Les polynucléaires neutrophiles prennent
le relais des macrophages en particulier dans les
infections bactériennes à gram négatif. -
71.2. Le système protéases / antiprotéases
- Pour évacuer les particules inhalées, les
polynucléaires libèrent des enzymes
protéolytiques, les protéases, qui ont aussi la
capacité de détruire le tissu conjonctif
pulmonaire. - Les antiprotéases (en particulier
lalpha-1-antitrypsine) vont alors neutraliser
les protéases. -
- ? En cas de rupture de léquilibre protéases
/ antiprotéases, comme dans lemphysème, on
assiste à une destruction du tissu pulmonaire.
81.3. Le système oxydants /antioxydants
- Les phagocytes, les polynucléaires neutrophiles
et les macrophages utilisent, pour leur
efficacité anti-infectieuse, les oxydants ou
radicaux libres. - Pour éviter leur toxicité sur le parenchyme
pulmonaire, il existe un système antioxydant. -
- ? En cas de rupture de léquilibre
oxydants / antioxydants, il y a destruction du
tissu pulmonaire, comme dans le syndrome de
détresse respiratoire aiguë ou lors dune
infection pulmonaire grave. -
9 2. Les étapes de la respiration
- 1.1. La ventilation
- Elle correspond à larrivée de lair dans les
poumons, à la distribution de lair à lintérieur
des poumons et à la sortie de lair hors des
poumons. -
- Le cycle respiratoire
- - inspiration
- - expiration
- La fréquence respiratoire chez un adulte est de
16 à 20 respirations / mn. -
10- Rappel de physique
- Ø Loi de Mariotte
- La pression exercée par un gaz dans un contenant
fermé est inversement proportionnelle au volume
du contenant. - (à température constante, le produit de la
pression dun gaz par le volume est une
constante). Si le volume augmente, la pression
diminue, si le volume diminue, la pression
augmente.
11Relation volume/pression
V, p
Si V ?, p ?
Si V ?, p ?
12- Rappel de physique
- Ø Loi de Dalton
- A température constante, la pression totale dun
mélange gazeux est égale à la somme des pressions
quaurait chacun des gaz sil occupait seul le
volume du mélange.
13- Lair se déplace toujours dune zone de haute
pression vers une zone de basse pression. -
- Dans le cas de la ventilation, sont en présence
lair atmosphérique et lair alvéolaire. On
distinguera par conséquent la pression
atmosphérique de la pression alvéolaire. - Lair alvéolaire est ? lair atmosphérique. Il y
a une humidification avec une pression
hydrostatique de 46 mm Hg. -
14Notion Pressions partielles
15(No Transcript)
161.1.1. Linspiration
- Cest un mécanisme actif
- Lors de linspiration, la contraction des muscles
inspirateurs (diaphragme, puis intercostaux
externes, puis scalènes, sterno-cléido-mastoïdien
et pectoraux si inspiration forcée) rattachés à
la paroi thoracique augmente la dimension de la
cage thoracique. Celle-ci transmet aux poumons le
même mouvement grâce à la plèvre et à la pression
intrapleurale. - La pression alvéolaire devient inférieure à la
pression atmosphérique lair peut entrer dans
les poumons.
17 500ml, Volume courant (Vc)
b- Phase inspiratoire
Contraction des m. insp. (Diaphragme
Intercostaux ext.)
Si inspiration forcée Scalènes, SCM, pectoraux
? Volume cage thoracique
? Volume pulmonaire
? pression intraalvéolaire (palvéolaire lt patm )
Ecoulement de lair des zones de htes p (env)
vers zone basses p (poumons)
181.1.1. Lexpiration
- Cest un mécanisme passif
- Lors de lexpiration, les muscles inspirateurs se
relâchent (en fin dinspiration), et les poumons
se rétractent et reviennent à leur dimension
dorigine. - La pression alvéolaire augmente, devient
supérieure à la pression atmosphérique lair
sort des poumons. - Lorsque lorganisme nécessite un plus grand
apport doxygène, lors dun effort par exemple,
les muscles expirateurs interviennent
(intercostaux internes, abdominaux).
19c- Phase expiratoire
phénomène passif
Relâchement des muscles inspiratoires
Sauf si expiration forcée Abdominaux,
Intercostaux Int
? Volume alvéolaire (ELASTICITE PULMONAIRE)
? pression intrapulmonaire (palvéolaire gt patm )
Ecoulement de lair hors des poumons
20-
-
- ? Manœuvre de Heimlich pratiquée lorsquun
corps étranger a pénétré dans les voies aériennes
supérieures et que la personne étouffe, elle
consiste à provoquer manuellement une expiration
forcée suffisamment violente pour lexpulser. - ( derrière la victime, les 2 poings joints sous
le sternum poussée brusque vers le haut pour
élever fortement le diaphragme) -
211.1.3. Le rôle du surfactant
- Rappel
- Cest un des éléments importants dans le
mécanisme de la ventilation. - Il a pour fonction de réduire la tension
superficielle et donc daugmenter la compliance
ou extensibilité pulmonaire. - ? à moindre effort, le poumon peut
être distendu.
221.1.4. Le rôle de la bronchomotricité
- Rappel
- Cest la capacité quont les bronches de modifier
leur calibre. - Elle est à la base de la modification du diamètre
des voies aériennes. -
231.1.5. Les volumes pulmonaires
- Il existe un certain nombre de définitions à
connaître absolument. -
- Volume courant (VT)
- Cest le volume dair qui entre ou qui sort des
poumons au court dun cycle respiratoire. - Au repos il est de lordre de 500 ml.
24- Volume de réserve inspiratoire (VRI)
- Cest le volume dair qui peut être inspiré
au-delà du volume courant de repos. - Il est de lordre de 2500 à 3000 ml.
-
- Volume de réserve expiratoire (VRE)
- Cest le volume dair qui peut encore être expiré
après une expiration normale. - Il est de lordre de 1000 ml.
-
25- Volume résiduel (VR)
- Cest le volume dair qui reste dans les poumons
à la suite dune expiration maximale. -
- Capacité vitale (CV)
- Cest la somme du volume courant, du volume de
réserve inspiratoire et du volume de réserve
expiratoire. - CV VC VRI VRE
- Elle correspond à la quantité dair maximale qui
peut entrer et sortir des poumons au cours dun
seul mouvement respiratoire. - Elle est de lordre de 5000 ml.
26- Espace mort (VD ou dead volume)
- Physiologique, il correspond à un volume dair
présent dans lappareil respiratoire mais ne
participant pas aux échanges gazeux. - Il y en a 2 types
- - Lespace mort anatomique est le
volume dair contenu dans les voies aériennes
conductrices, natteignant jamais les alvéoles
pulmonaires et ne participant donc pas aux
échanges gazeux. Il est de lordre de 120 ml
(femme) à 150 ml (homme). - - Lespace mort alvéolaire est le
volume dair contenu dans un territoire
alvéolaire, qui, pour diverses raisons, est peu
ou pas perfusé. Le sang natteignant pas les
alvéoles, les échanges gazeux ne peuvent avoir
lieu.
27- Ventilation globale (VE) ou débit ventilatoire de
repos - Cest la quantité dair pénétrant dans le poumon
par minute. - f fréquence respiratoire
- VT volume courant
- VE VT x f
282.2. Létape alvéolaire
- Elle correspond à léchange des gaz entre les
alvéoles pulmonaires et le sang des capillaires
pulmonaires, par un mécanisme de diffusion.
292.2.1. Les pressions partielles
- Pression totale dun gaz somme des pressions
partielles - Pression partielle dun gaz pression quaurait
ce gaz sil était le seul composant dun mélange
donné. ex PO2, PCO2 - Un gaz diffuse toujours dune zone où sa
pression partielle est élevée vers une zone où sa
pression partielle est basse, jusquà ce que les
pressions soient égales dans chaque zone. -
- Sang veineux Air alvéolaire
- PO2 40 mm Hg ? PO2 103
mmHg - PCO2 46 mm Hg ? PCO2 40 mm
Hg -
30Ecoulement des gaz des zones de hte p vers zone
basse p
V1, p1
P2
P1 lt P2
P1 P2
312.2.2. Léchange gazeux alvéolo-capillaire
- Ventilation alvéolaire (VA)
- Cest la quantité dair pénétrant dans les
alvéoles par minute et qui participe aux échanges
gazeux. - VD espace mort
- VT volume courant
- VA (VT VD) x f
-
32- 400 millions dalvéoles représentent une surface
totale déchange de 100 m2. - La capacité de transfert ou de diffusion est
aussi proportionnelle au volume capillaire
pulmonaire, au temps de contact et à la
solubilité des gaz. - Le sang qui arrive aux poumons par
lintermédiaire des artères pulmonaires, des
artérioles, puis des capillaires, est du sang
veineux systémique. - Il est chargé de gaz carbonique rejeté par les
cellules de lorganisme. - Le gaz carbonique va être rejeté dans lair
alvéolaire et remplacé par loxygène quil
contient.
33- Une fois léchange terminé, le sang enrichi en
oxygène retourne au cœur pour être renvoyé dans
la circulation systémique. Cest la petite
circulation ou circulation pulmonaire. - Les parois des alvéoles et des capillaires sont
très minces, se confondent même parfois et les
gaz franchissent cette barrière par simple
diffusion en suivant leur propre gradient de
pression. - Léchange alvéolo-capillaire est un mécanisme
passif, lié à un gradient de pression. - Pour que léchange alvéolo-capillaire soit de
qualité, cela dépend de
34La cascade de lO2
35- Ø Lintégrité de la membrane
alvéolo-capillaire et une surface déchanges
suffisante -
- ? Dans les fibroses pulmonaires,
la membrane alvéolo-capillaire est moins
perméable - ? Dans lemphysème, la paroi des
alvéoles est dégradée, et celles-ci sont plus
grosses mais moins nombreuses, ce qui réduit la
surface déchange totale - ? Dans les suites dexérèses
pulmonaires, cest la surface totale qui est
réduite. -
- Ø La solubilité des gaz le CO2 est plus
soluble que lO2
36- Ø Un bon rapport ventilation-perfusion. Si
celui-ci est déséquilibré dans un sens ou dans
lautre, on assiste à des phénomènes
pathologiques du type -
- ? Effet espace mort dans
lembolie pulmonaire par exemple, un territoire
pulmonaire est bien ventilé mais peu ou mal
perfusé, les échanges gazeux sont irréalisables - VA /Q est ? ( VA ventilation alvéolaire Q
perfusion pulmonaire) - ? Effet shunt dans la BPCO
(bronchopathie chronique obstructive), un
territoire pulmonaire est bien perfusé mais mal
ventilé. - VA / Q est ?
37Inégalités ventilation-perfusion
Effet espace-mort
Effet shunt
382.3. Létape sanguine
- Elle correspond au transport des gaz par
lintermédiaire du système circulatoire.
392.3.1. La solubilité des gaz
- Rappel
- - Les gaz ne se comportent pas de la même
façon dans un liquide, certains étant plus
solubles que dautres. ( lO2 est 20 fois moins
soluble que le CO2) - - Le nombre de molécules gazeuses qui vont
passer de lair dans un liquide est directement
proportionnel à la pression du gaz dans lair. - - La diffusion du gaz se produit toujours
dun milieu de haute pression vers un milieu de
basse pression.
402.3.2. Le transport de loxygène
- Il est pris en charge en presque totalité par les
globules rouges. -
- Ø 1 seulement de lO2 circulant nest pas
lié aux globules rouges et reste sous forme
dissoute. - Cest ce quon mesure lorsquon chiffre la PaO2
dans les gaz du sang artériels.
41- Ø Les globules rouges contiennent
lhémoglobine (Hb), molécule possédant 4 atomes
de fer, qui se lient chacun avec une molécule
dO2. - LO2 provenant des alvéoles reste très peu de
temps sous forme dissoute dans le sang des
capillaires et est capturé par lhémoglobine, qui
prend alors le nom doxyhémoglobine (HbO2), qui
est la forme combinée de lhémoglobine. Elle
représente 97 de lO2 transporté. - Tant que la pression partielle est supérieure
dans lalvéole par rapport au capillaire, il y a
diffusion dO2, jusquà ce quil ny ait plus
dhémoglobine disponible pour le transport. - On parle alors de saturation de lhémoglobine.
- Cest ce quon mesure avec un oxymètre
trans-cutané (SaO2).
42- Þ la capacité de lhémoglobine à fixer
lO2 diminue en cas dhypercapnie, dacidose, ou
lors des intoxications au monoxyde de carbone
(qui a 200 fois plus daffinité pour lHb que
lO2) ? traitement par O2 hyperbare -
- Þ En cas danémie, il y ? du nombre de
globules rouges, donc diminution de la forme
combinée de lO2, et donc hypoxie tissulaire ?
toujours oxygénothérapie dans les hémorragies
aiguës -
- Þ La cyanose est un signe de gravité
dun état hypoxique lié une ? de lHb non saturée
en O2. Elle apparaît lorsque lHb non saturée est
? 5g / 100ml. Elle est rare en cas danémie
432.3.3. Le transport du gaz carbonique et la
régulation de léquilibre acide-base
- Le gaz carbonique est un déchet évacué par les
cellules. Il est pris en charge par le sang, des
tissus jusquaux poumons, où il est évacué dans
les alvéoles puis dans lair expiré. - Il est transporté vers les poumons sous 3
formes -
- Ø Le gaz carbonique est présent sous forme
dissoute dans le plasma. Environ 5 de tout le
CO2
44- Ø Le gaz carbonique est transformé à
lintérieur des globules rouges en acide
carbonique (H2CO3)sous laction dune enzyme,
lanhydrase carbonique - CO2 H2O ? H2CO3
- Ensuite, lacide carbonique produit se sépare
dun ion hydrogène et devient un ion
bicarbonate - H2CO3 ? HCO3- H
- ? ion bicarbonate
- Lion bicarbonate formé quitte les globules
rouges pour le plasma. Il est beaucoup plus
soluble dans leau que le gaz carbonique. Cest
sous cette forme que la majorité du Co2 est
transporté, soit 65.
45- La régulation acide-base vise à conserver un pH
artériel constant 7,40. - Si le pH ? au-dessous de 7,36, on parle
dacidose. - Si le pH ? au-dessus de 7,44,on parle dalcalose.
- Cest lintervention des systèmes tampons (H et
HCO3-) qui permettent le maintien de cet
équilibre. Au niveau du sang, les mouvements du
CO2 ? ou ? la concentration dions acides (H).
Le pH ? si le sang senrichit en ions H acides
ou si il perd des ions alcalins HCO3-, et
inversement. - Lorganisme dispose donc, pour assurer le
maintien du pH, dune composante respiratoire qui
modifie la PaCO2 et dune composante métabolique
qui élimine ou retient les bicarbonates. Les 2
mécanismes jouent en sens inverse. - Concentration normale en bicarbonates dans le
sang 24 mmol / l
46-
- Þ Lacidose ventilatoire se produit
lorsquil y a hypoventilation alvéolaire
hypercapnie - Þ Lalcalose ventilatoire se produit
lorsquil y a hyperventilation alvéolaire
hypocapnie -
- Þ Lacidose métabolique peut survenir
lors dun exercice musculaire intense,
dintoxications, dinsuffisance rénale, ou
dacidocétose diabétique - Þ Lalcalose métabolique peut survenir en cas
de vomissements incoercibles avec perte dions
acides
47-
- Ø Le gaz carbonique se présente aussi sous
une forme combinée à lHb, quon appelle la
carbhémoglobine. -
- Le CO2 se lie aux radicaux amines de lHb, et
non au fer. Cela représente environ 30 de tout
le CO2.
482.4. Létape tissulaire
- Elle correspond à léchange des gaz entre le sang
des capillaires tissulaires et les cellules. - Ce processus se produit également par un
mécanisme de diffusion suivant un gradient de
pression, les parois des capillaires et des
cellules étant perméables aux gaz. - Léchange est inverse de celui qui se passe dans
les poumons la cellule récupère lO2 sanguin et
libère du CO2.
493. Le contrôle de la respiration
-
- La respiration est automatique, cyclique et
adaptée. -
503.1. Le contrôle nerveux central
- Lors de la respiration, les muscles inspirateurs
se contractent et se relâchent alternativement
sous laction dune stimulation nerveuse
provenant des neurones du tronc cérébral. Les
centres respiratoires sont donc des centres
inspiratoires essentiellement puisque
lexpiration est passive. - Ils contrôlent également un grand nombre de
réflexes respiratoires éternuement, toux,
bâillement, inspiration forte au contact de leau
froide ou lors dune douleur intense, etc - Bien que ce centre fonctionne de façon
automatique, un certain nombre de facteurs vont
modifier son activité.
51Centre de contrôle respiratoire
Ce sont des centres nerveux du tronc cérébral qui
assurent les mouvements respiratoires
(inspiration et expiration). Ces centres
contrôlent également un grand nombre de réflexes
respiratoires éternuements, toux, bâillement,
inspiration forte au contact de leau froide ou
lors dune douleur intense, accélération de la
respiration si le sang est riche en gaz
carbonique, etc.
523.2.1.Contrôle par loxygène
- Une ? de la PO2 artérielle jusquà 60 mm Hg, ne
modifie que très peu la quantité dO2 transportée
par lHb. - En-dessous de ce chiffre, il va y avoir
stimulation des centres respiratoires et donc ?
de la ventilation. - A linverse, toute ? de la PO2 entraîne une ? de
la ventilation.
53- Les centres respiratoires sont informés grâce à
la présence de chémorécepteurs périphériques,
situés au niveau des corpuscules carotidiens et
aortiques. - Ils répondent rapidement à lhypoxie sévère et
entraînent une hyperventilation immédiate. - Il existe aussi une régulation hormonale au
niveau du rein, pour ? lO2, par sécrétion
dérythropoïétine (EPO) entraînant une
polyglobulie.
54Corpuscules carotidiens
Sinus carotidiens
Corpuscules aortiques
553.2.2. Contrôle par le gaz carbonique
- La réaction de lorganisme est très vive lors des
modifications de la PCO2 artérielle. - Une ? de la PCO2 de lordre de 2mmHg provoque une
? de 100 de la ventilation de base. - Une ? de al PCO2 artérielle provoque une
réduction considérable de la ventilation afin de
concentrer dans le sang le CO2 rejeté par les
cellules, jusquà atteindre une valeur normal (40
mm Hg).
56- Les centres respiratoires bulbaires sont informés
de ces variations grâce à 2 groupes de
récepteurs - - Les chémorécepteurs périphériques qui
répondent à lhypercapnie et à lacidose - - Les chémorécepteurs centraux, situés
dans le bulbe rachidien (au niveau du
plancher du 4ème ventricule, dans des zones
différentes des centres respiratoires), répondent
vivement et directement à une élévation de la
PCO2. les molécules de CO2 traversent facilement
la barrière hémato-méningée, et donc la PCO2 du
LCR ? en proportion, de même que la concentration
en ions H. Cela déclenche une hyperventilation
immédiate
573.2.3. Contrôle par les ions H
- Lorsque la concentration plasmatique dions H ?
(acidose), la ventilation ?. - Lorsque la concentration dions H ? (alcalose),
la ventilation ?. - Ce sont les chémorécepteurs périphériques qui
sont activés lors de ces variations. -
58- ? Chez un IRC (insuffisant respiratoire
chronique), le dosage des gaz du sang montre - - une PaO2 basse
- - une PaCO2 élevée
- - une acidose
- De façon réflexe, le malade va ? sa ventilation.
- Quel est le stimulus qui provoque cette
augmentation - la PaO2 basse ou la PaCO2 élevée ?
59- On constate que si on tente de ramener la PaO2
dans les normes en apportant de lO2, la
respiration cesse cest bien la faible PaO2 qui
stimule la respiration réflexe. - En effet, les centres respiratoires se sont
progressivement habitués à une PaCO2 élevée, le
stimulus principal est devenu lhypoxie, et donc
l? de la PaCO2 ne constitue plus un stimulus à
la ventilation réflexe. - Le débit dO2 ne doit pas dépasser 3l/mn chez
lIRC, pour ne pas majorer lhypercapnie et ne
pas ? la ventilation. -
- ? CETTE REGLE NE SAPPLIQUE PAS EN CAS DE
DETRESSE RESPIRATOIRE - AIGUE !!!!
-
60Régulation de la respiration
Chémorécepteurs
Générateur de rythme bulbe
pO2, pCO2 et pH
61(No Transcript)
624. Lanoxie et lhypoxie
- Anoxie diminution importante de la quantité
dO2 apportée aux tissus. Cest le cerveau qui
résiste le moins longtemps à lanoxie. - Hypoxie diminution faible.
-
634.1. Lanoxie hypoxémique
- Dans ce cas la PaO2 est ? . on la rencontre
lorsque - Ø La PO2 est basse, en haute altitude par
exemple - Ø Lactivité respiratoire ? ou est absente,
en cas de pression sur le thorax, de
dysfonctionnement ou de paralysie des muscles
respiratoires - Ø Les alvéoles sont mal ventilées, en cas
dobstruction des voies aériennes par un liquide
ou un corps étranger - Ø Léchange alvéolo-capillaire est insuffisant,
par insuffisance dapport sanguin (embolie
pulmonaire) ou obstacle à léchange (fibrose
pulmonaire)
644.2. Lanoxie anémique
- Dans ce cas cest la capacité de fixation de lO2
sur lHb qui est réduite. On la rencontre en cas
de - Ø Déficit en globules rouges (hémorragies
importantes, anémies hémolytiques) - Ø Déficit en hémoglobine (anémies par
carence martiale) ou lexistence dune
hémoglobine anormale (thalassémie,
drépanocytose) - Ø Inefficacité de lHb (intoxication au
monoxyde de carbone) -
654.3. lanoxie ischémique
- Elle apparaît lorsquil y a défaut dapport de
sang aux tissus, en cas de - Ø Forte diminution de la pression sanguine
(insuffisance cardiaque, hémorragie importante) - Ø Obstruction dune ou plusieurs artères
chargées de vasculariser un territoire - ( AVC ischémique infarctus du myocarde,)
-
664.4. lanoxie cytotoxique
- Les cellules ne peuvent plus utiliser lO2
apporté par les vaisseaux, par exemples dans les
intoxications (cyanure). -
67FIN