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La mécanique ventilatoire
1-Définition2-Les muscles respiratoires3-Le cycle respiratoire (relation P/V)4-Les Résistances
statiquesdynamiques
Mécanique ventilatoire1- Définition
• Étude des forces qui mobilisent le poumon et la paroi thoracique
• et des résistances qui s ’y opposent
forces contraction musculaire résistances statiques (structure poumon-
thorax...)
dynamiques (RVA, frottements tissus)
2- Les muscles respiratoiresles muscles inspiratoires
le diaphragme: • formé d'un centre tendineux, • et d'une partie musculeuse
qui comporte 3 piliers (sternal,costal et vertébral)
• innervé par les n. phréniques droit et gauche (3,4 et 5ème racines cervicales)
•sa contraction provoque un élargissement des 3 diamètres du thorax, par un mouvement de piston •M. inspiratoire principale
Les muscles respiratoiresles muscles inspiratoires
Les muscles intercostaux externes • orientés en bas et en avant, projettent les côtes en haut
et en avant stabilisent la cage thoracique augmentent le diamètre latéral
Les muscles respiratoiresles muscles inspiratoires
les muscles inspiratoires accessoires
• m. scalènes, qui élèvent les 2 premières côtes
• m. sterno-cleido-mastoïdien, attire le sternum en haut et en avant
Les muscles respiratoiresles muscles expiratoires
• L'expiration est un phénomène passif en respiration calme, grâce aux propriétés élastiques du thorax
• Pour des débits élevés vont intervenir:– les m. abdominaux (grand droit,
transverse, obliques)– les m. intercostaux internes orientés en
bas et en arrière, projettent les côtes en bas et en dedans
Exploration des muscles respiratoires
• Radiographie, radioscopie
• Electromyographie : recherche une atteinte neuro-musculaire
• Mesure des pressions respiratoires maximales, (reflet de la force des muscles respiratoires)
3- Le cycle respiratoireévolution des pressions et des
volumes
Poumon
Cage thoracique
Voies aériennes
diaphragme
L ’appareil thoraco-pulmonaire
•Cage thoracique : système fermé
•Poumon : système ouvert
Pression pleurale
Pression alvéolaire
Cage thoracique : système fermé
• Loi des gaz : PV = nRT
• Loi de Boyle-Mariotte : PV = constanteà température constante
T : température, P : pression, V : volume
PV V P
Poumon : système ouvert
PA
Inspiration:
•La pression alvéolaire PA diminue
•PA<Patm
•L’air entre de l’extérieur vers les alvéoles
P atmosphérique ou barométrique = 760mmHg
= référence (prise comme 0) = Patm ou PB
L’air se déplace d’une zone de haute pression vers une zone de basse pression
Patm
Poumon : système ouvert
PA
Expiration:
•La pression alvéolaire PA augmente
•PA>Patm
•L’air sort des alvéole vers l’extérieur
P atmosphérique
Inspiration
Contraction muscles inspiratoires
Expansion cage thoracique
Pression pleurale (Ppl)
Expansion poumon
Pression alvéolaire (PA)
Débit aérien atmosphèrealvéole
Le cycle respiratoire
Expiration
Relaxation muscles inspiratoires
Diminution du volume de la cage thoracique
Pression pleurale (Ppl)
Diminution du volume pulmonaire
Pression alvéolaire (PA)
Débit aérien alvéole atmosphère
Le cycle respiratoire
D ’après J.B. West,
Physiologie Respiratoire,
Ed Pradel
Le cycle respiratoire
Pression
intrapleurale
(cm H2O)
4- Les Résistances
Résistances élastiques statiques
Résistances dynamiques
Force appliquée
Inspiration
R. des voies aériennes
Les résistances
4-1 Statiquesexemple : la compliance pulmonaire :
• fibres élastiques• interface gaz / liquide
4-2 Dynamiquesrésistance à l’écoulement de l’air dans les voies aériennes: les Résistances des Voies Aériennes
Chez l’homme sain, ces résistances sont faibles : ventiler demande peu d’effort …
4-1 Statiques
Compliance pulmonaire
Pression cmH2O
Volume pulmonaire
normal
emphysème
fibrose
4-1 Compliance pulmonaire : les fibres élastiques
• Tissu pulmonaire = réseau de fibres interconnectées entre elles
• protéines de structures : élastine (principal composant des fibres élastiques), collagène, glycoproteines, protéoglycanes.
4-1 Compliance pulmonaire : les fibres élastiques
• Destruction du tissu élastique : compliance trop élevée : (emphysème) : – l'élastine est altérée par des protéases,
comme l'élastase et les métalloprotéinases matricielles des polynucléaires neutrophiles et macrophages
– des antiprotéases , dont l'-1antiprotéase, ou antitrypsine, limitent leur action
• Remplacement du tissu élastique par un tissu rigide : compliance faible (fibrose)
4-1Compliance pulmonaire : l ’interface gaz-liquide
• Liquide : se rétracte pour obtenir une surface minimale
• Tension superficielle (T) : force superficielle de contraction d’un liquide grâce à laquelle la surface air-liquide tend à être la plus réduite possible
Compliance pulmonaire : l ’interface gaz-liquide
• Alvéole : assimilé à une sphère liquidienne
• Loi de Laplace : P = 2T/r• P = pression, T = tension superficielle, r =
rayonT: dynes / cm, P: dynes / cm² ou cmH2O, r: cm
T
P
Le surfactant
• tapisse les alvéoles• composé essentiellement de
phospholipides (dont la phosphatidyl choline) et de 13% de protéines
• secrété par les pneumocytes II (PNII)• Agent tensio-actif : réduit la tension
superficielle (donc réduit la force de rétraction de la sphère)
Le surfactant
• demi-vie courte : phagocytose par les macrophages alvéolaires et PNII, passage vers les capillaires
• Chez le foetus: – PNII vers 22 semaines d’aménorrhée– surfactant vers 36 semaines
d’aménorrhée
Maladie des membranes hyalines
Nourrisson normal
Membranes hyalines
(déficit en surfactant)
r = 50 µ
T = 5 dyn/cm
P = 2 x 5 / 50 dyn/cm²
P = 2 cm H2O
r = 25 µ
T =25 dyn/cm
P = 2 x 25 / 25 dyn/cm²
P = 20 cm H2OP = 2 x T / r
Autres rôles du surfactant
• Stabilité pulmonaire : la tension de surface varie avec l ’étirement du surfactant
• Maintien les alvéoles au sec
Explorer la compliance statique
• Mesure des compliances : recherche !nécessite la mise en place d ’un ballonnet oesophagien
• Imagerie thoracique (TDM): bonne corrélation anatomo-fonctionnelle
Modification « passive »
•gaz
•structure des bronches
•tissu de soutien
Modification « active » :
Bronchomotricité
RVA
4-2 Les facteurs modifiant les résistances des voies aériennes (RVA)
Densité et viscosité des gaz
• En hyperbarie (plongée), l’ des RVA entraîne
une travail respiratoire
• à 20 mètres, la pression est de 3 atmosphères,
les RVA sont multipliées par trois
• Remplacer l’azote par l’hélium, de faible
densité
• Car les RVA avec la de densité et de
viscosité des gaz
Structure de la trachée
Structure des bronches
Plaque cartilagineuse
muqueuse
Muscle de Reissessen
BRONCHE
BRONCHIOLE
péribronche
Sous-muqueuse
GlandesSéro-muqueuses
muqueuse
Folliculelymphoïde
Les bronches sont
enchâssées dans le tissu pulmonaire
Modification « passive »
• •
celllules épithéliales)
Modification « active » :Bronchomotricité
Voie nerveuse Médiateurs endogènes
bronchiques (mastocytes, extrinsèques (éosinophiles, neutrophiles)
RVA
Les facteurs modifiant les RVA
récepteurs
Voiesafférentes
n. vague
Système nerveuxcentral
bulbe
Voies efférentes• parasympathiques
(n. vague)
• sympathiques
muscle lisse
bronchomotricité- à l’irritation- mécanorécepteurs
- extra-pulmonaires
•Bronchoconstriction
•sécrétion mucus
.x
Système nerveux centralCentres végétatifs
Muscle lissebronchique
Nerf vague
Tonus parasympathique de repos
Ac .Choline
récepteurmuscarinique
agonisteß adrénergique
(-)
Atropine (-)
(+)
Ac .Choline
Stimulation nerveuse parasympathique
Fibre musculaire lisse
Récepteur M3 : bronchoconstriction
M2 : limite la relaxation adrénergique
Centres végétatifs
Ganglions cervicauxet thoraciques
• Glande sous muqueuse• Art. bronchique• Muscle lisse bronchique : non
SegmentsMoelledorsale
Système sympathique
Centres végétatifs
Ganglions cervicauxet thoraciques
• Glande sous muqueuse• Art. bronchique• Muscle lisse bronchique
R. 2 adrénergiques
adrénalinecirculante
Médullo-surrénale
• bronchodilatation libération de médiateur (mastocyte) œdème de la muqueuse Cl muco- ciliaire
SegmentsMoelledorsale
Muscle lisse
Système sympathique
Interactions systèmes sympathique / parasympathique
• Leur récepteurs sont couplés à des protéines G
• ont les mêmes voies de signalisation intra-cellulaire
• dans les mêmes cellules cibles
Système non adrenergique non cholinergique
NANC
• Système inhibiteur, bronchodilatateur (exemple : monoxyde d’azote, NO)
• Système excitateur, bronchoconstricteur (associé à une réaction inflammatoire ?)
Coût de la respiration en O2
• au repos : < 5% de la VO2 totale
• effort maximal : 8-15% de la VO2 totale chez un sujet sain (mais 20-25% chez un patient ayant une BPCO)
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