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)