Physiologie respiratoire Structure et fonctions de l...

Physiologie respiratoire

Structure et fonctions de l’appareil respiratoireMécanique ventilatoire

Équilibre et mouvement du système thoraco-pulmonairePropriétés statiques

Expiration forcéeTravail ventilatoire

Transport des gaz respiratoiresVentilation alvéolaireDiffusion alvéolo-capillairePerfusion pulmonaireRapports Ventilation-PerfusionTransport sanguin

Régulation de la ventilation

Propriétés dynamiques

Rappel: Le système thoraco-pulmonaire vu comme une machineRésistance thoraco-pulmonaires

Résistance des voies aériennesLe modèle du tube rigide indéformable

Régime laminaireRégime turbulent

Les éléments de la résistance des voies aériennesEléments anatomiquesEléments fonctionnels

BronchomotricitéVolume pulmonaire

Résistance tissulaires et thoraco-abdominalesMéthodes de mesures

Propriétés dynamiques du système thoraco-pulmonaire

Déformation

Contrainte Contrainte

Déformation

Equation du mouvement:à coefficients constants (C, R, I)

C: Compliance (r. élastique)

R: Résistance (r. visqueuse)

I: Inertance (r. inertielle)

à un degré de liberté (V)

Propriétés statiques Propriétés dynamiques

infrel PPPP ++=

V

t

)2sin( tfaV ⋅⋅= π&

)sin( taV ⋅⋅= ω&

t

dtVd

IVRdtVCP&

&& ×+×+×= ∫1

dttda

ItaRdttaC

P )sin()sin()sin(

1 ωωω

⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅= ∫

ωtC

ωIaVRP cos)1( ⋅⋅

−⋅⋅+⋅=ω

&

ωtC

ωIaωtaRP cos)1(sin ⋅⋅

−⋅⋅+⋅⋅=ω

Résistance Réactance

Dépendant de f

ωtωaIωtaRωtωC

aP cossincos ⋅⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅

−=Indépendant

de fDépendant

de f

Pin est négligeable à la fréquence respiratoire normale

Dépendant de fIndépendant de f

C = 0.2 l.cmH2O-1

R = 2 cmH2O-1 .l-1.s

Rappel: Le système thoraco-pulmonaire vu comme une machine Résistance thoraco-pulmonaires

Résistance des voies aériennesLe modèle du tube rigide indéformable

Régime laminaireRégime turbulent

Les éléments de la résistance des voies aériennesEléments anatomiquesEléments fonctionnels

BronchomotricitéVolume pulmonaire

Résistance tissulaires et thoraco-abdominalesMéthodes de mesure des résistances

Propriétés dynamiques du système thoraco-pulmonaire

Pressiontrans-bronchique

Pressiontrans-pulmonaire

Pressiontrans-thoracique

Gaz

Tiss

uPu

lmon

aire

Thor

ax

Pressiontrans-thoraco-broncho-pulmonaire

Pressiontrans-thoraco-pulmonaire

Pob

Palv

PplPsc

Déformation

Contrainte

Grandeurs caractéristiques du système (Compliance, Résistance)

Contrainte = Pression appliquée au système (= Différence de pression à ses bornes)

Déformation = Changement de volume

Poum

ons

Thor

ax-p

aroi

Psr

Pp

Pob

PscSyst

ème

thor

aco-

pulm

onai

re

VRpVCp

PplPobPp &×+×=−=1

VRtVCt

PscPplPt &×+×=−=1

VRsrVCsr

PscPobPsr &×+×=−=1

+ + += = =

Ppl

Pob

Ppl

Pt

PscPpl

Psc RpRtRsr +=

Poumons VRpVCp

PplPobPp &×+×=−=1

VRtpVCtp

PplPalvPtp &×+×=−=1

VRgVCg

PalvPobPg &×+×=−=1

Gaz (voies aériennes)

Tissu pulmonaire

aériennesvoiesdesRésistancegva RR :=

VPalvPobRvaRg&−

==

RvaRtpRp +=

Rappel: Le système thoraco-pulmonaire vu comme une machine Résistance thoraco-pulmonaires

Résistance des voies aériennesLe modèle du tube rigide indéformable

Régime laminaireRégime turbulent

Les éléments de la résistance des voies aériennesEléments anatomiquesEléments fonctionnels

BronchomotricitéVolume pulmonaire

Résistance tissulaires et thoraco-abdominalesMéthodes de mesures

Propriétés dynamiques du système thoraco-pulmonaire

Différence de potentiel (volt)

Résistance (ohm)Courant (ampère)

VPalvPobRvaRg&−

==IRU ⋅=

VRP &⋅=∆

( ) V: minl Débit -1 &⋅ ( ) R:minlPa Résistance 1⋅⋅ −

Rotamètre Tube en U, eau ou mercure

Régime laminaire

Vr

lP 4&⋅

⋅⋅⋅

=∆πη8

VRvaPalvPob &⋅=−

4rlR

VP

⋅⋅⋅

==∆

πη8

&

RvaV

PalvPob=

−&

VkVPVkP &&

& ⋅=∆

⇔⋅=∆ 2Régime turbulent

Utilité de R ????

En pratique… En écoulement mixte:

221res VKVKP && ×+×=

nVKP &×′=res

Ou :

Avec n compris entre 1 (écoulement laminaire) et2 (écoulement turbulent)

Rappel: Le système thoraco-pulmonaire vu comme une machine Résistance thoraco-pulmonaires

Résistance des voies aériennesLe modèle du tube rigide indéformable

Régime laminaireRégime turbulent

Les éléments de la résistance des voies aériennesEléments anatomiquesEléments fonctionnels

BronchomotricitéVolume pulmonaire

Résistance tissulaires et thoraco-abdominalesMéthodes de mesures

Propriétés dynamiques du système thoraco-pulmonaire

)()( ciquesintrathoravaRpharynxetboucheRRva +=

)()( ciquesintrathoravaRpharynxetnezRRva +=%100 %50 %50

%75%25%100

)2mmR ()2()( ciquesintrathoravaRmmciquesintrathoravaRciquesintrathorava +>=

%100 %80 %20<

Rappel: Le système thoraco-pulmonaire vu comme une machine Résistance thoraco-pulmonaires

Résistance des voies aériennesLe modèle du tube rigide indéformable

Régime laminaireRégime turbulent

Les éléments de la résistance des voies aériennesEléments anatomiquesEléments fonctionnels

BronchomotricitéVolume pulmonaire

Résistance tissulaires et thoraco-abdominalesMéthodes de mesures

Propriétés dynamiques du système thoraco-pulmonaire

Interdépendance bronches - tissu pulmonaire

GvaRva 1

=

CPTVR

VgtGvasGva =

RvaVgtsRva ⋅=

Volume de fermeture

Temps respiratoire

Rappel: Le système thoraco-pulmonaire vu comme une machine Résistance thoraco-pulmonaires

Résistance des voies aériennesLe modèle du tube rigide indéformable

Régime laminaireRégime turbulent

Les éléments de la résistance des voies aériennesEléments anatomiquesEléments fonctionnels

BronchomotricitéVolume pulmonaire

Résistance tissulaires et thoraco-abdominalesMéthodes de mesures

Propriétés dynamiques du système thoraco-pulmonaire

Palv

Psc

Ppl

Pob

RtRtpRvaRsr ++=%100 %45 %45%10

En respiration buccale

Rappel: Le système thoraco-pulmonaire vu comme une machine Résistance thoraco-pulmonaires

Résistance des voies aériennesLe modèle du tube rigide indéformable

Régime laminaireRégime turbulent

Les éléments de la résistance des voies aériennesEléments anatomiquesEléments fonctionnels

BronchomotricitéVolume pulmonaire

Résistance tissulaires et thoraco-abdominalesMéthodes de mesures

Résistance des voies aériennesPléthysmographieInterruption de débit

Résistance pulmonairesTechnique du ballonnet œsophagien

Résistance du système respiratoireRelaxationOscillation forcées

Propriétés dynamiques du système thoraco-pulmonaire

Déformation

Contrainte

Grandeurs caractéristiques du système (Compliance, Résistance)

Quel générateur de pression ?

F’

Les muscles respiratoires font partie du système thoraco-pulmonaire:Ils doivent être en relaxation pour permettre la mesure des propriétés mécaniques de la paroi thoraco-abdominale et du système thoraco-pulmonaire.

F F

2

2

'dt

LdmdtdLrLkFF ⋅+⋅+⋅=−

2

2

dtLdm

dtdLrLkF ⋅+⋅+⋅=

Rappel: Le système thoraco-pulmonaire vu comme une machine Résistance thoraco-pulmonaires

Résistance des voies aériennesLe modèle du tube rigide indéformable

Régime laminaireRégime turbulent

Les éléments de la résistance des voies aériennesEléments anatomiquesEléments fonctionnels

BronchomotricitéVolume pulmonaire

Résistance tissulaires et thoraco-abdominalesMéthodes de mesures

Résistance des voies aériennesPléthysmographieInterruption de débit

Résistance pulmonairesTechnique du ballonnet œsophagien

Résistance du système respiratoireRelaxationOscillation forcées

Propriétés dynamiques du système thoraco-pulmonaire

Résistance des voies aériennes

VIgVRgVCg

alvobg PPP &&& ×+×+×=−=1

VPPRR alvob

vag &)( −

==

Il suffit (!) donc de mesure le débit à la bouche et la pression alvéolaire (ou sa variation)…Deux groupes de techniques:

Techniques pléthysmographiquesTechniques d’interruption

Pléthysmographie: RvaSera développé en Travaux Pratiques en PCEM 2

VPalvPobRva &

)( −=

VPalvPobRva &

)( −=

Pression alvéolaire

Les variations de pression dans la boîte (le pléthysmographe) représentent à chaque instant les variations de pression alvéolaire gt

Boîte

gtBar

BoîteBarBoîteAlv

VPK

VPPPPVP

ta

∆×=

×−∆×−×

∆×

≈)(

)47(4.1 OH2

Adapté de: Flandrois R, Brune J, and Wiesendanger T. La respiration. Villeurbanne: SIMEP Editions, 1976.

VgtGvasGva =

GvaRva 1

=

gt

Boîte

gtBar

BoîteBarBoîteAlv

VPK

VPPPPVP

ta

∆×=

×−∆×−×

∆×

≈)(

)47(4.1 OH2

gt

Boîtealvalv

VVPK

VP

VPPobRva

×∆∆

×∆∆−

===&&&

)(

Boîte

gt

alv PVVK

PVGva

∆×∆

×∆∆

==&&

V&∆

BoîteP∆

Boîtegt

gt

alvgt PVVVK

PVVsGva

∆××∆

×∆×

∆==

&&

Si on représente le débit en fonction de la pression boîte

BB

PVtgPfV∆

=β==&& )(La pente de la relation est la conductance spécifique

Finalement le paramètre le plus intéressant peut être mesuré sans même occlure les voies aériennes…

Interruption de débit: Rva

Pob

Palv

V&

VPalvPobRva &

)( −=

Théorie Pratique…

?alvP

aoP

alvP

Rappel: Le système thoraco-pulmonaire vu comme une machine Résistance thoraco-pulmonaires

Résistance des voies aériennesLe modèle du tube rigide indéformable

Régime laminaireRégime turbulent

Les éléments de la résistance des voies aériennesEléments anatomiquesEléments fonctionnels

BronchomotricitéVolume pulmonaire

Résistance tissulaires et thoraco-abdominalesMéthodes de mesures

Résistance des voies aériennesPléthysmographieInterruption de débit

Résistance pulmonairesTechnique du ballonnet œsophagien

Résistance du système respiratoireRelaxationOscillation forcées

Propriétés dynamiques du système thoraco-pulmonaire

Ballonnet œsophagien: Rp

Diaphragme

Pel PfrP

V

P’

PplPob

V

V’

−

elPV

PVCp ==

''

Insp.

Exp.

VPfrRp&

=

Flandrois R, Brune J, and Wiesendanger T. La respiration. Villeurbanne: SIMEP Editions, 1976

Rappel: Le système thoraco-pulmonaire vu comme une machine Résistance thoraco-pulmonaires

Résistance des voies aériennesLe modèle du tube rigide indéformable

Régime laminaireRégime turbulent

Les éléments de la résistance des voies aériennesEléments anatomiquesEléments fonctionnels

BronchomotricitéVolume pulmonaire

Résistance tissulaires et thoraco-abdominalesMéthodes de mesures

Résistance des voies aériennesPléthysmographieInterruption de débit

Résistance pulmonairesTechnique du ballonnet œsophagien

Résistance du système respiratoireRelaxationOscillation forcées

Propriétés dynamiques du système thoraco-pulmonaire

Relaxation: Rsr, et Rl + Rt si ballonnet oesophagien

01=×+×= VRsrV

CsrPmusc &

TsrVV

CsrRsr11

=−=×

&VRsrV

Csr&×−=×

1D’où

tempsdeConstanteTsrVVCsrRsrTsr :&

−=×=

Relaxation: Rsr, et Rl + Rt si ballonnet oesophagien

PscPobV

PVCrs )E(F

−=

∆∆

=−

CsrTsrRsr =

est mesure entre B et C (dans sa portion linéaire)

TrsRelaxation: Rsr, et Rl + Rt si ballonnet oesophagien

Oscillations forcées: Rsr et réactance

Dépendant de f

On utilise un haut-parleur pour produire une excitation mécanique, en général à la bouche

ωtωaIωtaRωtωC

aP cossincos ⋅⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅

−=Indépendant

de fDépendant

de f

ωtC

ωIaVRsrP cos)1( ⋅⋅

−⋅⋅+⋅=ω

&

Résistance RéactanceDépendant de fIndépendant de f