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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
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