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Physiologie Respiratoire

Cours: physiologie d’organe -  Mécanique ventilatoire, volumes pulmonaires

-  Ventilation alvéolaire, transfert alvéolo-capillaire

-  Circulation pulmonaire, rapports ventilation-perfusion

-  Bronchomotricité, contrôle de la ventilation

Application: exploration fonctionnelle respiratoire -  EFR pratique et adaptations ventilatoires à l’exercice

Volume sanguin ~5 litres Petite circulation ~500 ml Capillaires pulmonaires ~100 ml

Circulation pulmonaire

VD : Artère pulmonaire : 2 branches : divisions suivant l'architecture bronchique, jusqu'aux bronchioles respiratoires et aux alvéoles où réseau capillaire dense, retour par les veines pulmonaires jusqu'à OG

Débit VD = débit VG : 5 L/min au repos volume des capillaires pulmonaires : 100 ml

Circulation systémique Parois artériolaires épaisses, avec du muscle lisse

Circulation pulmonaire Parois artériolaires fines, avec peu de muscle lisse

Pressions (mmHg) dans les circulations

Circulation pulmonaire : haut débit, faible pression et faible résistance à l’écoulement

Circulation pulmonaire Débit = ΔP R

VD VG

0

25

130 P Aorte P VG

P AP P VD

Les pressions dans le VD et l’Art. Pulmonaire sont 6 à 8 fois plus faibles que dans le VG et l’Aorte RVP = RVS / 6 à 8

Aorte AP Psyst 120 24 mmHg Pdiast 70 8 mmHg

Bien que la pression soit moins élevée au cours de la contraction, le VD éjecte le même volume que le VG.

Les pressions de la circulation pulmonaire

Temps (s)

Débit sanguin pulmonaire et pression artérielle pulmonaire

La résistance vasculaire pulmonaire diminue quand le débit cardiaque augmente

Distension Recrutement

Mécanismes de réduction de la résistance

Mécanismes adaptatifs à l’exercice lors de ì du DC

Variations du débit sanguin pulmonaire

-  Artérioles pulmonaires peu soumises à régulation du SNA

-  Calibre des petits vaisseaux dépend de PO2 et PCO2

et réponse locale :

• Vasoconstriction hypoxique

• Vasoconstriction quand hypercapnie

-  Déviation du sang vers les zones les mieux oxygénées

-  Différent des autres circulations où vasodilatation hypoxique

Vasomotricité des Artérioles Pulmonaires

Substances Circulantes Acétylcholine

Prostaglandine E Bradykinine

Substances Circulantes Catécholamines Prostaglandine F Angiotensine II

Histamine

î PAO2 î pH ì PAPO2

Facteurs modifiant les résistances vasculaires pulmonaires

VR CRF CPT

Volumes pulmonaires

Variations de la RVP en fonction des volumes pulmonaires

Zones de West

Les différences de pression hydrostatique dans les

vaisseaux sanguins entraînent une distribution inégale du

débit sanguin

Alvéole

PCP

Veinule

Capillaire

PHyd = 10 mmHg

Artériole

Π = 25 mmHg PHyd = 14 mmHg Π = 25 mmHg

PHyd = 8 mmHg

Qf = k[(PCP - PA) - ΠCP]

= k[(10 - 0) - 25] = - 15

Interstitium Π = 19 mmHg

PHyd = -3 mmHg

Lymphe

Qf = k[(PCP - PI) - (ΠCP - ΠΙ)]

= k[10 - (-3) - (25 - 19)] = 7

Échanges liquidiens intra pulmonaires

Capillaire

Interstitium

Alvéole

Alvéole

Circulation Lymphatique

Oedème Interstitiel

Œdème Alvéolaire

Œdèmes Pulmonaires

Etiologies des œdèmes: ì Pcap: hydrostatique î Π: lésionnel

Physiologie Respiratoire

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-  Ventilation alvéolaire, transfert alvéolo-capillaire

-  Circulation pulmonaire, rapports ventilation-perfusion

-  Bronchomotricité, contrôle de la ventilation

Application: exploration fonctionnelle respiratoire -  EFR pratique et adaptations ventilatoires à l’exercice

Physiologie Respiratoire

Echanges gazeux

- ventilation / ventilation alvéolaire hypoxémie par hypoventilation alvéolaire

- transfert alvéolo-capillaire hypoxémie par trouble de diffusion

- transport des gaz: O2 et CO2

- rapports ventilation / perfusion hypoxémie par hétérogénéité des rapports VA/Q hypoxémie liée à un shunt

Rappels

La cause la plus fréquente des hypoxémies

Hétérogénéité des rapports ventilation perfusion

= circulation = ventilation (n=12) (n=12)

n=12

= circulation = ventilation (n=12) (n=12)

n=8

FIO

2

alvéole

capillaire CVO2

PcapO2

fonction de

VA/Q (territoire)

Dans un territoire alvéolaire

VA (territoire)

Q (territoire)

Effet des modifications des rapports ventilation-perfusion sur la PO2 et la PCO2 dans une unité alvéolaire

SHUNT ESPACE MORT

Effet de l'inégalité des rapports ventilation-perfusion sur les échanges gazeux globaux (hématose)

Pression O2 : mmHg 60 100 140

Pression CO2 72 40 8

Effet shunt Effet espace mort

P O2 (mmHg)

0

5

10

15

0 20 40 60 80 100 120 140

contenu O2 (ml/100ml)

VA/Q normal

VA/Q haut VA/Q

bas

Hémoglobine : le transporteur non linéaire d’O2

Effet de l'inégalité des rapports ventilation-perfusion sur les échanges gazeux globaux

Pression O2 : mmHg 60 100 140

Pression CO2 72 40 8

Effet shunt Effet espace mort

0

5

10

15

20

0 20 40 60 80 100 120 140

PO2 (mmHg)

Conc

entr

ation

(ml/10

0 ml)

140 60

40

75 mmHg O2

0

44

46

48

52

0 30 33 36 39 42 45

PCO2 (mmHg)

Conc

entr

ation

(ml/10

0 ml)

50

42

37

43 45

40 mmHg C O 2

Normo (ou hypo) capnie

Hypoxémie

Echanges gazeux régionaux dans le poumon

• La ventilation augmente lentement du sommet à la base du poumon • Le débit sanguin croît plus rapidement

Les rapports ventilation-perfusion sont plus élevés au sommet du poumon, et plus bas à la base

Les différences de pression hydrostatique dans les vaisseaux sanguins entraînent une distribution inégale du débit sanguin (classique…)

Distribution du débit sanguin dans le poumon humain

Valeurs des pressions partielles de l'O2 de l'air jusqu'aux tissus Poumon normal

. .

Différence (A-a)O2

TQ! TQ!

SQ!

)Q-Q( ST !!

SHUNT (court circuit)

Territoire perfusé, non ventilé

Diagnostic: épreuve d'hyperoxie

Effet majeur du territoire shunté non corrigé par hyperoxie

Hyperoxie (FIO2 100%): PAO2 ~ 660 mmHg Shunt physiologique ≤ 2% : limite inférieure normale PaO2 = 500 mmHg

Valeurs des pressions partielles de l'O2 de l'air jusqu'aux tissus Poumon sain

. .

Physiologie: poumon sain, différence (A-a)O2

alvéole alvéole

PIO2 = (Patm – PH2O) x FIO2 = (760 – 47) x 0.21 ~150 mmHg

PAO2 = Pression alvéolaire en O2

PcapO2 = Pression capillaire pulmonaire

PcapO2 = PAO2 si diffusion normale Mélange des sangs capillaires: hétérogénéité VA/Q Différence sang veineux pulmonaire –artériel: shunt physiol.

PAO2 dépend de la façon dont est renouvelé le gaz alvéolaire (ventilation alvéolaire)

Différence alvéolo-artérielle en oxygène

.

Comment interpréter la PaO2 en cas d'hyper ou hypoventilation alvéolaire

PIO2 - (PaCO2 / 0,8) - PaO2

PAO2 - PaO2

Différence alvéolo-artérielle en O2

Limites de la normale 0 – 20 (30) mmHg

PaO2 normale selon l’âge entre 80 (70 à partir de 75 ans) et 100 mmHg

150 - (40 / 0,8 + 100)

Norme supérieure

150 - (40 / 0,8 + 80 (70))

Norme inférieure

Hétérogénéité VA/Q physiol. poumon âgé

Normes: PaO2: 95 mmHg (jeune) 70 mmHg à 75 ans PaCO2: 40 mmHg (homme) 38 mmHg chez la femme

Comment raisonner devant une hypoxémie ?

Calcul de la D(A-a)O2

D(A-a)O2 normale

= î PAO2 alvéolaire

D(A-a)O2 ì =

PAO2 alvéolaire normale

PaCO2 normale •  FIO2 < 21% •  PATM<760 mmHg

PaCO2 ì hypoventilation alvéolaire

•  trouble diffusion •  hétérogénéité VA/Q •  shunt

Insuffisance respiratoire chronique: incapacité du système respiratoire à assurer le maintien d’une hématose normale

Hypoventilation alvéolaire

• PaCO2 > 45 mmHg

Anomalie de la diffusion • transfert du CO anormal • diminution de PaO2 à l’exercice

Shunt • épreuve d’oxygène pur •  PaO2 < 500 mmHg avec FIO2 100%

Mécanismes des hypoxémies

Effet shunt / Hétérogénéité de distribution des VA/Q • mécanisme le plus fréquent • augmentation de PaO2 à l’exercice

.

Equilibre acido-basique

SYSTEME BICARBONATE/ACIDE CARBONIQUE : SYSTEME TAMPON OUVERT

Masse variable A- + H+ AH Régulation indépendante des 2 concentrations

HCO3-/H2CO3

[HCO3-] Régulation rénale

[pCO2] Régulation poumon

)120(

400,0324log 6,1 4,7

]pCO[0,0301][HCOlog 6,1 pH

]CO[H][HCOlog pK pH

PCO COH H HCO

2

-3

32

-3

6.1 pK

2323

×+=

×+=

+=

α=↔+

=

+−

Equation d’Henderson - Hasselbach

Variation isolée de la concentration d’acide fixe

Variation isolée de la concentration d’acide volatil

Diagramme de Davenport

DNE: droite normale d’équilibration du CO2 (conc. cste d’acide fixe)

DNE

Isobare normale

Troubles respiratoires aigus: Concentration acide fixe normale Déplacement sur la DNE •  pH < 7,38: acidose resp. •  PaCO2 > 45 mmHg •  hypoventilation alvéolaire •  urgence respiratoire

•  pH > 7,42: alcalose resp. •  PaCO2 < 35 mmHg •  hyperventilation alvéolaire

Troubles respir. chroniques: Compensation rénale Variation conc. acide fixe •  acidose resp. chronique •  ì élimination H+ rein •  au dessus DNE

•  alcalose resp. chronique •  au dessous DNE

24

7,40

40