Physiologie RespiratoirePhysiologie 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

Les affections respiratoires(atteintes du système mécanique)

Modificationdu calibre des VAObstruction:Asthme, BPCO…

Atteinte dusystème

mécanique actif:Myopathie, …

Atteinte duparenchyme:

fibrose,emphysème, …

- Dépistage d’une affection respiratoire débutante bilan de symptômes type dyspnée ou toux

- Diagnostic positif et surtout diagnostic de gravité des maladies pulmonaires - Suivi évolutif de la maladie, effets des thérapeutiques

- Evaluation pré-opératoire (chirurgie pulmonaire)

Indications

Explorations Fonctionnelles Respiratoiresdes pathologies pulmonaires

Explorations Fonctionnelles Respiratoiresdes pathologies pulmonaires

Obstructiondes VA:Asthme, BPCO…

Atteinte duparenchyme:

fibrose,emphysème, …

Etude aux EFR:• débits• résistance

Etude aux EFR:• volumes• compliance

Volumes pulmonairespositions d’équilibreVolumes pulmonairespositions d’équilibre

CPT

VRCRF

Muscles inspiratoires

Muscles expiratoires

Paroithoraco-abdominaleParoithoraco-abdominale

Pression rétractionélastique pulmonairePression rétractionélastique pulmonaire

V = ∆P/R Analyse des débits expiratoires

V = ∆P/R Analyse des débits expiratoires

• Temps - Volume

(L)

(s)

CV

VEMS > 70-75% CV

VEMS

1 seconde

Volume Expiré Maximal en 1 Seconde

CV

• Volume - Débit

Déb

it (L/

s)

(L)

Débit expiratoirede pointe

.

Analyse des résultats des EFR: comparaison à des normes

Analyse des résultats des EFR: comparaison à des normes

Définition du sujet sain ou normal

• Du point de vue du pneumologue une population normale est constituée de sujets n’ayant jamais fumé et sans antécédent respiratoire

• Comme pour toutes les grandeurs biologiques il existe une dispersion des valeurs chez les sujets normaux et ce pour chacune des grandeurs d’intérêt en exploration fonctionnelle respiratoire:débits, volumes ou rapports

Facteurs influençant les débits, volumes et rapports

• Le sexe• La taille• L’âge• L’ethnie• D’autres facteurs, de moindre importance

Calcul de valeurs prédites / théoriques dont l’écart type est réduit

• Après correction la distribution ne dépend plus que des facteurs résiduels

• L’écart type en est réduit d’autant• L’écart type résiduel est multi factoriel. Il inclut sans

doute la masse corporelle et bien d’autres facteurs dont le poids statistique individuel n’est pas suffisamment important pour qu’une correction ciblée ait un intérêt ou ait un sens statistique

Exemple:correction pour sexe, âge et taille

Méthodologie pour les normes

Quel pré requis ?

1. Norme tenant compte du sexe, de l’âge, de la taille et de l’ethnie (ou norme ethnique ou correction ethnique)

2. Méthodologie statistique adéquate (Cole TJ, Green PJ, Stat Med, 1992)Méthode LMS (ou GAMLSS) : résume les changements de distribution de trois courbes: médiane, coefficient de variation et dissymétrie (méthode utilisée par OMS: poids, taille des enfants)

3. Norme tous âges: description croissance, sénescenceDéveloppée à partir d’un grand nombre de sujets sains

Recommandations internationales (2005)Normalité définie statistiquement

La définition actuellement utilisée pour les ECN: norme 80 à 120% (définition non statistique)

ancienne définition…

Ce seuil signifie que l’écart type (SD) de la variation inter-individuelle est de 10% mais aussi que l’écart type est proportionnel à la valeur moyenne à tous les âges et pour toutes les tailles: FAUX

120%80%

Coefficient de variabilité pour l’âge

CV = 15% ~ LLN of 70%Normal = 70-130%

CV = 10% ~ LLN of 80%Normal = 80-120%

Approche méthodologique très fausse aux âges extrêmes

Expliquant le fait que les ouvrages pneumologiques définissaient le trouble restrictif par une CPT<80% ou <70%

selon les ouvrages

-1.64 +1.64

5ème 95ème LIN = -1.64 RSD LSN = +1.64 RSD

LIN (LLN): limite inférieure de la normaleLSN (ULN): limite supérieure de la normale

Z-score: quantification écart versus normalité

Valeurs atypiques oupotentiellement

anormalement basses5% d’une population saine

Valeurs atypiques oupotentiellement anormalement hautes5% d’une population saine

Interprétation des résultats des EFRInterprétation des résultats des EFR

Expression en fonction de normes établies chez le sujet sainValeurs normales dépendent de:• ethnie• sexe• taille• âge

Expression des résultats d’EFR (recommandations internationales 2005):

Normalité: donnée par l’intervalle de confiance à 90%Limites de la normalité: entre Limite Inférieure de la Norme (LIN) et Limite Supérieure de la Norme (LSN)

Expression du résultat% de la théorique

Boucle volume-débit

expiration

inspiration

Limites inf (LIN) etsup (LSN) préditespour le sujet

Mes

ures

CPTVR

CRF

Interprétation : volumesInterprétation : volumes

CPT

VRCRF

Trouble restrictif :diminution de CPT

• pression rétraction élastique (fibrose pulmonaire)• distensibilité pariétale (SPA, obésité majeure…)• force musculaire inspiratoire (paralysie diaphragme…)

CPT < LIN

Interprétation : volumesInterprétation : volumes

CPT

VRCRF

Distension thoracique:Augmentation des volumes statiques (pas de def. internationale)

CRF > LSN

Deux mécanismes de distension• pression rétraction élastique: distension de l’emphysème panlobulaire• volume piégé (obstruction bronchique): distension dynamique de l’emphysème centrolobulaire (la CRF n’est plus un volume statique…)

Trouble obstructif :

VEMS / CV < LIN

Le degré de diminution du VEMSchiffre alors l’importance de l’obstruction

Interprétation : débitsInterprétation : débits

TVO (VEMS/CVF<LIN) très sévère (VEMS<35% theo)

Distension thoracique

On ne vous pardonnera pas de ne pas connaître …

Notions mécaniques simples:• tuyau: résistance, conductance (débit)• sac: compliance, élastance (volume)

Volumes statiques (points de débit nul): CPT, CRF, VR

Volumes mobilisables: VEMS et CV

Définitions:• trouble obstructif: VEMS / CV < LIN• trouble restrictif: CPT < LIN• distension: volumes statiques > LSN

Physiologie RespiratoirePhysiologie 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

Animaux hétérotrophes= utilisation d’énergie chimique

Alimentation:• glucides + O2 CO2 + H2O + W• lipides + O2 CO2 + H2O + W

• protides + O2 CO2 + H2O + azote + W

W transférée sur petites molécules phosphorées (ATP, ADP)

Fonctions:• cellule: Na+/K+ ATPase, etc… • organe: transport gaz et sang, muscles

Animaux hétérotrophes= utilisation d’énergie chimique

Alimentation:• glucides + O2 CO2 + H2O + W• lipides + O2 CO2 + H2O + W• protides + O2 CO2 + H2O + azote + W

Transformation

Énergie mécanique: 20%Énergie thermique (sous-produit): 80%

Homme: pas de tissu calorigène spécialisé (graisse brune animale)

Animaux hétérotrophes= utilisation d’énergie chimique

Alimentation:• glucides + O2 CO2 + H2O + W• lipides + O2 CO2 + H2O + W• protides + O2 CO2 + H2O + azote + W

alime

ntat

ionre

spira

tion

respira

tion

rein

apports élimination

Les voies de l’énergie(ATP)

Exercice = tissus musculairesaugmentation de la consommation d’O2 et augmentation production de CO2

Adaptation cardio-respiratoire

Contrôle ventilatoire

PaCO2 constanteEXERCICE

VT

FR

Intensité

Réserve expiratoire

Réserve inspiratoire

VT augmente au dépend des réserves inspiratoire et expiratoire

VT max limité à 50–60 % de CV (VT repos: 400 à 500 mL; CV: 3-5 L)

FR max de l’ordre de 35 à 40 / min (15 à 20 cycles / min au repos)

Ventilation = VT x FR

Adaptation ventilatoire à l’exercice

Réponse ventilatoire à l’exercice

CI CI

EELV

TLC

RV

CI

EILV

VRE

VRI

CI: capacité inspiratoire (CI + CRF = CPT)Augmentation à l’exercice chez le sujet sain

Boucle débit volume à l’exercice

CI: repos

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

23456Volume (L)

Déb

it (

L/s

)

RVTLC

CI: exercice

VRI VRE

CRF

Echanges alvéolo-capillaires

Mécanisme passif, nécessite un temps de contact suffisant

2222 OPOPODOV pacAL ˙

Au repos, temps de contact important par rapport au temps d’équilibration. A l’exercice, l’augmentation du débit cardiaque réduit le temps de contact alors que le temps d’équilibration augmente (sang veineux plus désaturé)

Gradient de diffusion à l’exercice

Repos• PAO2 100 mmHg

• PvO2 40 mmHg

• SvO2 75 %

• Temps d’équilibration d’environ 25 msec

Exercice max• PAO2 120 mmHg

• PvO2 20 mmHg

• SvO2 20 à 25 %

• Temps d’équilibration augmenté

} 60 } 100

2222 OPOPODOV pacAL ˙

P varie peu : nécessité d’une augmentation importante de DLO2

Transfert à l’exerciceD

ml.m

in-1.t

orr-1

100

80

60

40

20

01 2 3 4

)min.l(OV 12

˙

P.Cerretelli and P.E. di Prampero 1997

DO2

DCO

Vc

1

Dm

1

OD

1

02O22L

VC: recrutement et distension

Echanges gazeux à l’exercice max.

Repos Exercice maximal

PAO2 100 mmHg

PaO2 90 mmHg 85 à 90 mmHg

115 à 120 mmHg

10 mmHg

30 mmHg

Pas d’hypoxémie, pas de diminution du CaO2

Limitation ventilatoire à l’exercice ?

Hyperventilation à l’exercice maximal• VE continue d’augmenter alors même que la VO2 max. plafonne• Pas de désaturation artérielle : le CaO2 reste maximal

Débits et pressions nettement infra maximaux• Courbes débit - volume loin de l’enveloppe maximale• Réserves ventilatoires de l’ordre de 50 à 60 % des capacités théo• P inspiratoires d’environ 15 à 30 % PI max.• P expiratoires au maximum de l’ordre de 3 % PE max.

Pas de signe EMG de fatigue muscles respiratoires

.

Pas de limitation respiratoire chez le sujet sain

.