Physiologie Respiratoire

Pr A. Charloux

Institut de PhysiologieService de Physiologie et

d’Explorations Fonctionnelles

Plan

• Introduction - Rappels d ’anatomie fonctionnelle

• Ventilation et mécanique ventilatoire• Diffusion alvéolocapillaire• Circulation pulmonaire• Inégalités ventilation/perfusion

• Transport de l ’O2 et du CO2

• La régulation de la ventilation

Introduction Rappels d ’anatomie

fonctionnelle1-Définition de la respiration2-Schéma général3-Anatomie fonctionnelle

– VAS / VAI– bronches– alvéoles– circulation

4-Autres fonctions du poumon

1- Définition

• Physiologie respiratoire : étude des échanges gazeux entre l ’air et les tissus

• But de la respiration : délivrer aux tissus la quantité d ’oxygène (O2) nécessaire et éliminer de gaz carbonique (CO2) produit

2-Schéma général de la respiration

Ventilation (VA)Echanges gazeux alvéolo-capillaires

Transport O2, CO2

Circulation pulmonaire (Q)

VA/Q

Fourniture d ’O2

Consommation d ’O2

Élimination de CO2

Production de CO2

.

.

.

.

Diffusion

Rappel : les pressions partielles

• La pression totale exercée par les gaz d’un mélange gazeux est égale à la somme des pressions partiellesP = P1 + P2 …

• Air atmosphérique– Fraction ou concentration en O2 : F O2: 21%– F CO2: 0.03%– F N2: 79%

Patm = PN2 + PO2 + PCO2 = 760 mmHg

Rappel : les pressions partielles

Dans l ’air atmosphérique :

• PB = 760 mmHg

• FiO2 = 21% = 0.21

= 210 mL d ’O2 par litre d ’air

• PO2 = 760 x 0.21 = 160 mmHg

Dans les bronches :

• P vapeur d ’eau : 47 mmHg

• PO2(bronches) = (760 - 47 ) x 0.21

= 150 mmHg

FiO2 = 0.21

PO2 = 160 mmHg

PO2 = 150 mmHg

(vapeur d ’eau)

PaO2 = 95 mmHgPvO2 = 40 mmHg

PO2 = 5 mmHg

PcO2 = 100 mmHg

FEO2 = 0.17

PAO2 = 100 mmHg

Consommation d ’O2

Fourniture d ’O2

-

FiCO2 0

PCO2 0.3 mmHg

PACO2 = 40 mmHg

PaCO2=40 mmHgPvCO2 = 45 mmHg

PcCO2 = 40 mmHg

FECO2 0.04

Production de CO2

Élimination de CO2

-

3-Rappels d ’anatomie fonctionnelle

Cage thoracique:

Squelette, muscles, tendons, ligaments, tissu adipeux

Rôle dans la ventilation

Rappels d ’anatomie fonctionnelle

Voies aériennes, parenchyme pulmonaire, plèvre

Voies aériennes supérieures

Voies aériennes inférieures

150 mL

2.5 - 3 L

Acinus

6mm de

BronchioleBronchiole respiratoire

canal alvéolaires

sac alvéolaire

artériole pulmonaire

bronchiole terminale

plèvre

Veinule pulmonaire

entre les lobules

ALVEOLES

300 millions d ’alvéoles

50 à 100m² de surface d’échange

Circulation pulmonaire

circulation fonctionnelle

à basse pression

Circulation pulmonaire

zone d ’échanges

4- Autres Fonctions du Poumon

• Filtre des particules inhalées, des agents infectieux...

– filtre bronchique : tapis muco-ciliaire– filtre alvéolaire : macrophages

alvéolaires– système immunologique du poumon

Paroi bronchique

Tapis muco-ciliaire :

battements des cils : 9 à 20x/sec

10 à 100mL de mucus/jour

v = 5-7mm/min

Autres Fonctions du Poumon

2. Fonction endocrine et métabolique

– exemple : système rénine-angiotensine

– Clairance de nombreux facteurs (ANP, ET …)

AgI

Endothélium enzyme de conversion

AgII

Autres Fonctions du Poumon

3. Equilibre acido-basique4. Phonation

La ventilation1- Définition2- La mesure de la ventilation

– volumes mobilisables (CV...)– débits et VEMS– volumes non mobilisables (CRF, VR, CPT)

3- Les normes4- l ’espace mort5- les différences régionales de

ventilation

1- La ventilation : définition

But : renouveler l ’air alvéolaire• Phénomène actif• qui nécessite la contraction des

muscles respiratoires• dont le rôle est de mobiliser la

cage thoracique• La ventilation est finement régulée

Repos :

•inspiration = phénomène actif

•expiration = phénomène passif

inspiration expiration

2- La mesure de la ventilation

Spirographe à cloche

Spirographe - pneumotachographe

temps

volume

Spirographie - volumes mobilisables - Respiration calme

volume courant VT

fréquence respiratoire FR

inspiration

expiration

Cycle respiratoire

VT

VE = VT x FR

VE =ventilation minute, L/min

..

Respiration calme

Respiration Normale

Tachypnée

Bradypnée

Respiration périodique

temps

volume

Spirographie - Volumes mobilisables Respiration maximale « lente »

VRE

inspiration

expiration

VRI

VT CV

=VRE+VT+VRI

temps

volume

Spirographie - Débits expiratoires- Expiration forcée

1 sec

inspiration

expiration

CV forcée

(< CV lente)VEMS

Coefficient de Tiffeneau = VEMS/CV

volume

débit

VRI VT VRE (VR)

CV

inspiration

expiration

La courbe débit-volume

Débit de pointe

DEM50

DEM75

DEM25

DEMM25-75

volume

débit

inspiration

expiration

La courbe débit-volume

La courbe débit-volume

CV

VR

CPT

CRF

Mesure du volume non mobilisable

C1V1 = C2 (V1 + CRF)

Technique de dilution de l ’hélium (He)

He

C1, V1

CRF

C2

Mesure pléthysmographique des volumes pulmonaires

Mesure du Volume Gazeux Thoracique (gaz compressibles contenus dans le thorax)

V

P

P

V

V

P

P

V

Expiration contre une valve fermée

Inspiration contre une valve fermée

Volumes pulmonaires

VR

VRE

VRI

CRF

CV

CPT

VT

Spirographie : les variables mesurées

• VT : volume courant (tidal) (L)

• CV : capacité vitale (L)• VRE : volume de réserve expiratoire (L)• VRI : volume de réserve inspiratoire (L)• VEMS : volume expiré maximal seconde

(L)• DEM : débit expiratoire maximal (L/sec)• VR : volume résiduel (L)• CRF : capacité résiduelle fonctionnelle (L)• CPT : capacité pulmonaire totale (L)

Mesures ATPS / BTPS / STPD :les mesures doivent être

converties !

• ATPS : Ambiant Temperature and Pressure Saturated with water vapor

• BTPS : Body Temperature and Pressure Saturated with water vapor

• STPD : Standard Temperature and Pressure Dry

3-Normes : en fonction du sexe, de l ’âge, de la

taille • Homme, 50 ans,

1.83m :– CV : 5.0 L– VEMS : 3.9 L– Tiffeneau : 78 %– CPT : 7.5 L

• Femme, 30 ans, 1.54m :– CV : 3.2 L– VEMS : 2.8 L– Tiffeneau : 83 %– CPT : 4.4 L

[Valeurs normales] :

moyenne +/- 1.64 déviation standard résiduelle

[5ème,95ème percentile]

Effet de l ’âge sur les volumes pulmonaires

4-Espace mort

• Anatomique : zone de conduction. Pas de surface d ’échange. 150 mL

• Physiologique = espace mort anatomique + zones pulmonaires ventilées mais dont la perfusion est inefficace

• Chez l ’adulte sain : espace mort physiologique très proche de l ’espace mort anatomique

2200 ml

2700 ml

2700 ml

500 ml

150 ml Espace mort

Volume alvéolaire

Inspiration

2700 ml

2200 ml

500 ml

Expiration

Espace mort

Au cours d ’un cycle respiratoire :

• VT : volume courant– VD : espace mort physiologique

– VA : volume alvéolaire ventilé

• VE : ventilation minute

VT = VA + VD

VE = VA + VD

. ..

.

Espace mort

• Le volume alvéolaire (« efficace ») est donc inférieur au volume courant

• Toute augmentation de VD par rapport à VT diminue VA et donc l’efficacité de la ventilation

VT = VA + VD

VE = VA + VD

. ..

5- Différences régionales de ventilation