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Pneumologie
Physiologie de l'appareil respiratoire
Cours de pneumologie
 


 

Les phénomènes mécaniques de la respiration :

A) LES MOUVEMENTS RESPIRATOIRES :

1) l’inspiration : phénomène actif

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- en inspiration normale (phénomène actif dû à l’action du diaphragme et des inter-costaux)

- ce phénomène actif est dû à la stimulation régulière du nerf phrénique (nerf moteur) -> baisse du diaphragme et contractions des muscles thoraciques. - augmentation du volume du thorax et dilatation pulmonaire.

La pression diminue dans la plèvre -> garde feuillets collés.

- en inspiration forcée : phénomène actif dû à l’action des muscles inspiratoires accessoires qui se rajoutent aux autres ci- dessus.

2) l’expiration : phénomène passif

- l’expiration normale est un phénomène passif lié à l’élasticité du tissu pulmonaire.

Il y a un relâchement du diaphragme et des muscles thoraciques ce qui entraîne une diminution du volume de la cavité thoracique et une rétraction des poumons.

Ceci produit une augmentation de la pression intra-pulmonaire ce qui engendre une sortie d’air.

- l’expiration forcée est un phénomène actif lié à la contraction des muscles abdominaux et thoraciques.

Il est à noter qu’une inspiration forcée est obligatoirement suivi d’une expiration forcée et intervenant de manière à ce que le volume pulmonaire moyen reste stable.

B) LE MECANISME DES MOUVEMENTS RESPIRATOIRES :

- Les mouvements respiratoires de base sont automatiques et indépendant de la volonté :

- se poursuivent pendant le sommeil

- cet automatisme est dû à l’activité des centres respiratoire situés dans le SN, dans le bulbe.

- les cellules des centres respiratoires ont une activité rythmique, elles envoient à intervalles réguliers des incitations motrices au nerf moteur (phrénique).

- La fréquence moyenne d’un adulte est de 16 à 20 mouvements/ mn.

- la respiration normale est automatique : la respiration forcée est volontaire mais peut être automatique (sport) :

- la volonté peut donc intervenir dans les mouvements respiratoire forcés (inspi/ expi).

- l’exercice physique et la relaxation interviennent aussi sur la fréquence respiratoire.

- dans la respiration de base :

- c’est le centre inspiratoire qui commande les mouvements respiratoire en envoyant des influx de façon régulière par les nerfs phréniques aux muscles respiratoire.

Il y a ensuite une inhibition de la conduction de l’incitation vers ces muscles et donc l’expiration a lieu.

Seul le centre inspiratoire travaille. - lors du cycle actif : centre inspiratoire envoie des impulsions également vers le centre expiratoire qui alors se met à envoyer des impulsions vers les muscles expiratoire forcé pour provoquer une expiration forcée (après une inspiration forcée suit une expiration forcée et inversement).

- cas particulier de la toux, l’éternuement, le bâillement, les pleurs, le rire, le hoquet.

C) LA REGULATION RESPIRATOIRE / LA VENTILATION PULMONAIRE DOIT TENIR COMPTE :

1) des autres centres supérieurs (sauf bulbe rachidien) :

La ventilation pulmonaire se fait de façon automatique mais pas autonome (pas indépendant) : elle s’adapte et se règle en fonction des besoins.

- la volonté : elle entraîne un arrêt temporaire de la respiration mais pas définitif (possibilité d’accélérer ou ralentir la fréquence respiratoire) : le cortex.

- les centres de déglutition arrêtent la respiration pendant la déglutition ou les vomissements.

2) des différentes incitations :

- Les incitations réflexes venues du poumon lui-même qui est doté de récepteurs sensibles au degré d’insufflation (mécanorécepteurs).

Ils commandent aux centres respiratoire l'inspiration ou l’expiration.

- Les incitations chimiques dépendent de la composition chimique du sang (teneur en CO2, O2 et substances acides : chémorécepteurs).

Les chémorécepteurs :

- centraux situés dans le bulbe : ils sont sensibles aux variations de la PA CO2, si la PA CO2 augmente, la fréquence augmente (si la CO2 diminue, la fréquence diminue).

Chez l’IRC (insuffisant respiratoire chronique), la PA CO2 est élevé en permanence, donc ce système a un faible rôle sur la fréquence.

- périphériques au niveau des artères carotides et de la crosse de l’aorte, répondent aux variations de la PA O2, si la PA O2 diminue, la fréquence augmente (si la PA O2 augmente, la fréquence diminue).

Ce système à un rôle essentiel chez l’IRC, donc si l’apport d’O2 est important, il neutralise ce rôle et peut entraîner un arrêt respiratoire.

Pas plus d’1l / mn d’O2 max pour les IRC (chez les IRC, c’est le faible taux d’O2 qui stimule les centres respiratoire).

- les incitations hormonales :

- adrénaline ou noradrénaline entraînent une augmentation de la ventilation.

- acétylcholine qui diminue la ventilation.

- les incitations métaboliques générales : dès que le métabolisme augmente, la fréquence augmente (fièvre, sport).

- les incitations circulatoires

- toute diminution de la TA = hyperventilation

- toute augmentation de la TA = hypoventilation centre de contrôle : bulbe rachidien et autres régions du cerveau (cortex) cortex-> nerf phrénique (nerf moteur)-> effecteur : muscles respiratoires cortex -> pneumogastrique, glossopharyngien-> récepteurs (mecanorec., chémorec. pulmonaire…) -> (nerfs sensitifs)

D) BRONCHOMOTRICITÉ :

C’est la capacité qu’on les bronches de modifier leur calibre.

Cette musculature lisse répond aussi aux variations du taux de CO2.

Quand augmentation du taux de CO2 -> bronchodilatation

Quand diminution du taux de CO2 -> bronchoconstriction.

E) LA VENTILATION PULMONAIRE :

Les mouvements respiratoire brassent un volume important d’air :

- l’air courant (ou volume courant) = volume déplacé à chaque respiration = 0,5l.

- le vol de réserve inspiratoire : volume inspiré en plus lors d’une inspiration forcée = 2 à 3l.

- le vol de réserve expiratoire : volume expiré en plus lors d’une expiration forcée = 1,3l.

- la capacité vitale c’est la somme : de l’air courant, réserve inspiratoire et expiratoire -> soit 4,5 à 4,8l pour un adulte moyen.

- l’air résiduel (1,3l)

C’est l’air qui reste dans les alvéoles après une expiration forcée.

Avec le vol d’air de la réserve expiratoire (1,3l), il constitue la capacité résiduelle fonctionnelle (1,3 + 1,3 = 2,6l) qui participe aux échanges gazeux de manière continue puisque non affecté par les mouvements ordinaire de respiration.

- la capacité pulmonaire totale : c’est la somme des différents vol pulmonaire (capacité vitale + air résiduel = 6l).

- l’espace mort : c’est la partie des voies respiratoire qui ne participe pas aux échanges gazeux, cet air est rejeté sans atteindre les alvéoles.

Il correspond à environ 150ml.

Lors d’une respiratoire normale c’est donc 350ml d’air et non 500ml, qui, à chaque inspiration atteignent les alvéoles et participent à l’oxygénation du sang.

-> Ces chiffres varient en fonction de l’âge, du sexe et de la taille.

Les phénomènes chimiques de la respiration :

A) LES ECHANGES GAZEUX EU NIVEAU PULMONAIRE :

Ils s’effectuent entre le sang veineux et l’air alvéolaire ce qui entraîne une perte de CO2 et un gain d’O2.

Ceci grâce à 2 phénomènes physiques :

- la diffusion : passage d’une substance du milieu le plus concentré vers le moins concentré.

Lié à un gradian de pression.

- la solubilité : solubilité du CO2 est 2 fois supérieur à celui de l’O2.

Se dissout dans le sang très rapidement.

1) l’air alvéolaire :

Il ne circule pas dans les voies aériennes mais stagne dans les alvéoles où il est renouvellé partiellement à chaque mouvement respiratoire.

Le poumon même après une expiratoire forcée ne peut évacuer tout l’air alvéolaire (reste tjs 1,3l).

L’air alvéolaire est moins riche en O2 que l’air atmosphérique et plus riche en CO2.

2) Le sang veineux :

Il est amené par les artériolles pulmonaires.

Il chemine dans les capillaires donc séparé de l’air alvéolaire par les parois alvéolaires.

Quand on fait les gaz du sang veineux : Pv = 38 à 40 mmHg

La Pv CO2 = 46 mmHg (millimètre de mercure).

La saturation veineuse : Sv O2 = 75%

3) les échanges gazeux au niveau alvéolaire :

- l’air atmosphérique est composé de : 78% azote, 21% O2 et 0,3% CO2

- l’air alvéolaire : 80% azote, 15% O2, 5% CO2

- les échanges se font par diffusion simple des gaz à travers la paroi alvéolaire.

- Cette diffusion se fait pour chaque gaz du milieu où la pression partielle est la plus élevée vers le milieu où elle est la plus basse et elle tend à égaliser les pressions partielles de chaque gaz dans les 2 milieux.

- le CO2 passe du sang veineux vers l’air alvéolaire

- l’O2 passe de l’air alvéolaire vers le sang des capillaires péri-alvéolaire (notion de gradian de pression).

- cela aboutit à la transformation du sang « veineux » en sang « artériel ».

- cela va dépendre :

- de la capacité de diffusion : état de la membrane alvéolocapillaire (0,5 à 1 micron d’épaisseur et environ 70m2 de surface).

- de la relation entre la ventilation et la perfusion fonctionnelle pulmonaire.

Normalement 4,2l / mn de ventilation pour 5,4l par mn de circulation soit V/ C (circulation) ou V/ P (perfusion) = 0,8.

Diminution de la perfusion = espace mort (ex : embolie)

Diminution de la ventilation : effet shunt (corps étrangers dans les bronches).

4) Le sang artériel :

La PaO2 = 90 à 100 mm Hg (pression partielle en O2) -> O2 dissout dans le sang.

On dira qu’il y a hypoxémie si baisse de la PaO2 et hypoxémie grave si baisse est <60 mm Hg.

La PaCO2 = pression partielle en CO2 (38 à 42 mm Hg).

Si augmentation de la PaCO2, il y a hypercapnie.

Si diminution de la PaCO2, il y a hypocapnie.

Si il y a hyperventilation -> diminution du CO2 sanguin et perte d’H2O (pertes d’ions acides, pH devient alcalin).

Si il y a hypoventilation -> augmentation du CO2 (risque d’acidose).

La saturation en O2 = 95 à 98% -> taux d’hémoglobine combiné à l’O2

Le pH = 7,38 à 7,42 :

- si < 7,38 -> acidose

- si > 7,42 -> alcalose RA (réserve alcaline) : bicarbonates de sodium et de potassium -> normale = 22 à 30 mmol/ L

B) LE TRANSPORT DES GAZ PAR LE SANG :

1) L’O2 est transporté dans le sang sous deux formes :

- 97% lié à l’hémoglobine (oxyhémoglobine)

- 3% dissout (dans le plasma, intermédiaire obligé entre les GR et les cellules)

L’affinité de l’Hb pour l’O2 dépend :

- du pH (acidose = moins bonne fixation)

- de la PaCO2 (si augmentation de la PaCO2, augmentation de l’acidité -> libération de l’O2 par l’Hb).

- du métabolisme intra-érythrocytaire.

La distribution de l’O2 aux tissus dépend :

- du débit circulatoire local, qui est en fonction du débit cardiaque et de la qualité de diffusion des capillaires vers les tissus.

- de la quantité de sang en tant que vecteur et distributeur d’O2.

- des besoins énergétiques.

2) le CO2 :

- 27% lié à l’Hb (il est 20 fois plus soluble que l’O2)

- 3% dissout

- 70% combiné (bicarbonate de Na et K) :

- le bicarbonate de Na, forme essentielle de transport, diffuse dans le plasma, maintient équilibre acide/ base.

- le bicarbonate de K est transporté par les hématies.

C) LES ECHANGES GAZEUX AU NIVEAU DES CELLULES :

L’O2 est libéré par dissociation de l’oxyhémoglobine.

L’O2 se dissout dans le plasma et va pénétrer dans les cellules.

Le CO2 passe des cellules dans le plasma où il se combine et va se fixer sur les éléments du sang qui assure son transport.

L’hématose : transformation du sang veineux en sang artériel au niveau des poumons. Absorption d’O2 et élimination du CO2.

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