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Pneumologie
Physiologie respiratoire
Cours de pneumologie
 

Nos cellules ne sont pas en contact direct avec l’air.

L'oxygène est quasiment insoluble dans l'eau.

C’est donc le système respiratoire, par le biais d'un relais avec la circulation sanguine qui va apporter aux cellules le comburant dont elles ont besoin (l’oxygène), et éliminer le gaz carbonique.

 

Le système respiratoire comporte 4 étapes :

1) LA VENTILATION (CONVECTION) :

Renouvellement du gaz alvéolaire par de l’air frais grâce à un transfert de volumes gazeux à travers les voies aériennes.

Absorption et rejet de l'air dans les poumons par les voies respiratoires.

C’est un système système de convection.

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2) L’ETAPE ALVEOLAIRE (ÉCHANGEDIFFUSION) :

Une fois dans les poumons, l’oxygène est diffusée dans le sang à travers une paroi très fine : la paroi alvéolaire et la paroi du capillaire.

Les gaz se déplacent par différence de concentration.

L'oxygène passe des alvéoles dans le sang et le gaz carbonique du sang dans les alvéoles pulmonaires.

3) L’ETAPE SANGUINE TRANSPORT(CONVECTION) :

Nouvelle étape de convection : transport des gaz par le sang..

Les gaz sont transportés par le sang.

L'oxygène va des poumons vers les tissus.

Le gaz carbonique des tissus vers les poumons.

4) L’ETAPE TISSULAIRE (DIFFUSION) :

Si L’échange se fait également par différence de concentration.

O2 du sang vers la mitochondrie.

CO2 de la mitochondrie vers le sang.

La ventilation :

Mécanisme d’absorption et de rejet de l'air entre le milieu ambiant et les alvéoles par les voies respiratoires.

A - RAPPEL ANATOMIQUE :

Les échanges gazeux se font au niveau des alvéoles pulmonaires qui sont entourées d'un réseau de capillaires.

Ils appauvrissent le gaz alvéolaire en oxygène et l’enrichissent en gaz carbonique.

Ils nécessitent un système de conduction complexe : le réseau bronchique.

Un individu possède en moyenne 300 millions d'alvéoles pulmonaires.

Il existe des bronchioles intermédiaires : les bronchioles respiratoires.

Il n’y a pas d’échange gazeux au niveau des bronches.

Elles sont spécialisées dans la conduction, sauf au niveau des bronchioles respiratoires.

Un individu possède en moyenne 300 millions d'alvéoles pulmonaires.

B - MECANISME DE LA VENTILATION :

Mobilisation de la cage thoracique par la contraction des muscles respiratoires.

L'air va rentrer et sortir des poumons par un phénomène de différence de pression.

La dilatation de la cage thoracique crée dans les poumons une dépression qui va attirer l'air vers l'intérieur.

A l'inverse, la diminution du volume thoracique à l'expiration crée une surpression qui chasse l'air vers l'extérieur.

La ventilation artificielle fonctionne à l'inverse.

Plusieurs résistances vont devoir être vaincues :

a) L'élasticité des poumons :

Propriété de distensibilité ou de compliance.

Certaines pathologies rigidifient les poumons

b) Résistance des voies aériennes :

Le passage de l’air dans les voies respiratoires occasionne une résistance physique.

C - PHYSIOLOGIE DE LA RESPIRATION :

1) LES MUSCLES :

Partons de la position d'équilibre.

La pression alvéolaire est nulle : elle correspondant à la pression barométrique (pression atmosphérique ambiante).

La dilatation de la cage thoracique, au moment de l'inspiration, crée une dépression à l'intérieur des poumons.

Pression différentielle de 1 à 2 cm d'eau.

L'air rentre dans les poumons.

Les muscles expirateurs compriment la cage thoracique lors de l'expiration forcée.

Création d'une surpression.

L'air est expulsé des poumons.

Muscles qui interviennent :

Le diaphragme pour l'inspiration

Les abdominaux pour l'expiration

a) Le diaphragme :

Il a la forme d'une coupole.

Ses bords descendent parallèlement à la cage thoracique.

Au moment de l'inspiration, le muscle se contracte :

•Il s'abaisse

•Il élargit les diamètres (antéro-postérieur et latéral) de la cage thoracique en repoussant les côtes vers l'extérieur.

Muscle extrêmement puissant.

Le moins fatigable de l'organisme.

Muscle fondamental de l’inspiration : il assure à lui tout seul 90% de la respiration..

Le problème est que l'abdomen, ne contenant pas de gaz, n'est pas compressible.

Il faut donc que les abdominaux se relâchent, se laissent distendre pour abaisser les organes de l'abdomen afin que le diaphragme puisse s'abaisser lui-même.

b) Les muscles intercostaux :

Rôle très secondaire

Muscles qui rendent les côtes solidaires.

Ils servent surtout à rigidifier la cage thoracique, à éviter sa déformation quand le diaphragme se contracte.

Leur rôle ventilatoire est relativement très annexe.

Il en existe de deux2 sortes selon leur forme et leur orientation.

L'expiration de repos est passive.

La respiration déforme la cage thoracique en la distendant.

Quand on relâche le muscle, on arrête de vaincre l'élasticité de la cage.

Elle reprend sa forme spontanément.

Le diaphragme est même amené à freiner son relâchement pour que la conrétraction des poumons ne soit pas trop brusque, ce qui serait désagréable et pourrait provoquer le hoquet.

c) Les abdominaux :

Ils n’interviennent que pour l'expiration forcée.

2) LUTTE CONTRE LA RESISTANCE DES VOIES AERIENNES :

Problème de plomberie.

Les conduits opposent une résistance au passage des fluides :

•Proportionnelle à leur longueur

•Inversement proportionnelle à leur diamètre

Les volumes gazeux sont symbolisés par un V.

Un V surmonté d’un point symbolise un débit.

Débit = DP (différence de pression) / R (résistance)

a) Résistance intrathoracique :

Dans les poumons, la distance est la longueur des voies aériennes.

La longueur des bronches étant faible, la résistance l’est aussi : 1 à 2 cm d'eau de pression suffisent pour permettre à l'air de pénétrer dans les poumons.

Multiplié par 10 chez les fumeurs.

Les résistances bronchiques ne sont pas en série mais en parallèle.

A chaque génération bronchique, le diamètre global de passage augmente dans des proportions importantes, si bien que la résistance des voies distales est très faible (voir diagramme). (voir diagramme).

Les maladies obstructives des terminaisons bronchiolocalisées dans les petites voies aériennes  sont très discrètes du fait que leur résistance est beaucoup plus faible, leur diamètre cumulé étant beaucoup plus grand.

b) Résistance des voies aériennes extra thoraciques :

Elle représente à elle seule plus de la moitié de la résistance globale.

Bien plus si on respire par le nez ; mais on ne sait pas les mesurer.

3) CARACTERISTIQUES PULMONAIRES :

La résultante de toutes ces propriétés mécaniques pulmonaires va pouvoir être mesurée :

•Volume pulmonaire

•Débit pulmonaire

a) Le volume pulmonaire :

Mesuré par spirométrie.

Volume d'air qui rentre et qui sort des poumons d'un patient.

On mesure la respiration spontanée à chaque cycle respiratoire.

* C'est le volume courant (VT) Tidal volume : volume de la marée. C'est le volume différentiel de la respiration normale au repos.

* Volume de réserve inspiratoire (VRI) volume d’air inspiré au-delà de l’inspiration normale lors d’une inspiration forcée.

* Volume de réserve expiratoire (VRE)

Volume d'air inspiré au-delà de l’expiration normale lors de l'expiration forcée.

* Volume résiduel (VR)

Mais il reste toujours de l'air dans les poumons

En moyenne 1 l.

* Capacité pulmonaire totale (CPT)

Volume maximal d'air que les poumons peuvent contenir.

* La capacité vitale (CV)

C'est le volume mobilisable

Différence entre la capacité pulmonaire totale et le volume résiduel.

Capacité vitale moyenne normale : 5 l.

* Capacité pulmonaire totale : 6 l.

•500 ml de volume courant : respiration normale au repos.

•2,5 l de réserve inspiratoire.

•2 l de réserve expiratoire.

•1 l de volume résiduel

* Capacité résiduelle fonctionnelle

C'est le volume d'air qui reste dans les poumons à la fin d'une expiration normale.

C'est le volume d'équilibre physique. C'est aussi le stock permanent de gaz thoracique.

En moyenne un minimum de 3 l.

* Volume expiré maximum en une seconde (VEMS)

On fait expirer le patient brutalement et on mesure la quantité d'air expiré dans la première seconde.

Il dépend évidemment de la capacité vitale de chacun.

On prend comme critère le rapport entre VEMS et la CV : rapport de Tiffeneau.

b) Le débit pulmonaire :

Le renouvellement de l'air s'exprime à travers le débit.

Le débit ventilé peut être mesuré indifféremment à l’inspiration ou à l’expiration.

* V surmonté d'un point et accompagné d'un "Ee" : débit d'expiration.

* VE = VT X FR = O.5 X 12 = 6 l/min.

Pour une fréquence respiratoire de 12 inspirations à la minute.

Un volume courant de 500 ml.

Le débit ventilé est de 6 l /min.

* Volume expiré maximum en une seconde (VEMS) C’est un débit moyen.

On fait expirer le patient brutalement et on mesure la quantité d'air expiré dans la première seconde.

Il dépend évidemment de la capacité vitale de chacun.

On prend comme critère le rapport entre VEMS et la CV : rapport de Tiffeneau.

Le débit n'est pas constant au cours de l’expiration.

Il est représenté par une courbe débit/volume (voir graphique).

Cette courbe débit/volume est très importante en physiopathologie.

Pour une fréquence respiratoire de 12 inspirations à la minute.

Un volume courant de 500 ml.

Le débit expiratoire est de 6 l /min.

c) Notion d'espace mort :

VD : dead volume.

Une partie de l'air inspiré ne sert à rien qu'à remplirpas aux échanges alvéolaires car elle reste dans les voies respiratoires aériennes.

Environ 150 ml qui restent dans les bronches et qui ne servent pas aux échanges gazeux : environ 1/3 du volume courant (VT).

Il diminue le rendement de la ventilation.

d) Composition du gaz alvéolaire :

Le sang prélève par diffusion

L'oxygène est prélevé par le sang dans les alvéoles.

Soit le renouvellement se fait au même débit que la consommation.

Alors, la pression partielle (équivalent pour les gaz de la concentration pour les liquides) reste constante.

Pression d'oxygène dans l'air = est de 150 mmHg.

La pression d'O2oxygène normale dans le sang es alvéoles chez un sujet sain est de 100 mmHg è PaO2 = 100 mmHg.

• La pression normale de CO2 est de 40 mmHg -> . PACO2 = 40 mmHg

• Si on ventile trop par rapport à la consommation, la pression de O22 va augmenter et celle de CO2 diminuer.

A l'inverse

Et inversement si la ventilation est insuffisante, la PaO2 va diminuer et la PaCO2 va augmenter.

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