Physiologie respiratoire: Anatomie fonctionnelle

• Physiologie respiratoire

Anatomie fonctionnelle du système respiratoire

• Comprend l'organisation générale, la zone de conduction, la zone respiratoire, la vascularisation et l'innervation du système respiratoire et la plèvre.

Organisation Générale

• La respiration en physiologie a plusieurs sens.
• Respiration = Ventilation pulmonaire : circulation de l'air dans les poumons durant l'inspiration et l'expiration, pour renouveler les gaz respiratoires.
• Respiration externe : diffusion de l'oxygène des poumons vers les capillaires pulmonaires et diffusion du dioxyde de carbone de ces capillaires vers les poumons.
• Respiration interne : diffusion de l'oxygène du sang vers les cellules et du CO2 des cellules vers les capillaires systémiques.
• Respiration cellulaire : réaction intracellulaire de l'oxygène (O2) avec les molécules organiques pour produire du CO2 et de l'énergie sous forme d'ATP.

Les différentes voies aériennes (VA)

• Les voies aériennes comprennent les voies aériennes supérieures (VAS) et inférieures (VAI).
• Les voies aériennes supérieures comprennent le nez, la bouche, le pharynx et le larynx.
• Le nez réchauffe et humidifie l'air, et filtre les grosses particules inhalées.
• L'oropharynx prolonge la cavité buccale, mais n'a pas de soutien rigide.
• Un collapsus de l'oropharynx peut se produire pendant le sommeil, par relâchement des muscles dilatateurs du pharynx, entraînant une fermeture des voies aériennes et des apnées obstructives. L'apnée obstructive est une pathologie associée.
• Les voies aériennes inférieures comprennent la trachée, les deux bronches et leurs divisions; ces voies sont la partie thoracique du système respiratoire située au-delà des cordes vocales.
• La trachée est un tube semi-flexible avec 15 à 20 anneaux cartilagineux en forme de C.
• La trachée se divise en deux bronches souches au niveau du thorax.
• Dans les poumons, les bronches se divisent de façon répétitive (divisions 2-11) et deviennent des bronchioles.
• Les bronches sont des tubes semi-rigides contenant du cartilage.
• Les bronchioles continuent de se diviser (division 12-23) jusqu'aux bronchioles respiratoires, qui assurent une transition entre les voies aériennes et l'épithélium d'échange du poumon.
• Les bronchioles sont de petites voies qui peuvent être comprimées et sont faites de muscle lisse.

Segmentation de l'arbre trachéo-bronchique

• Chaque bronche lobaire est associée à un lobe.
• Chaque bronche segmentaire est associée à un segment

Zone de Conduction

• Elle comprend toutes les voies respiratoires formées de conduits rigides qui acheminent l'air vers la zone respiratoire, allant du nez aux bronchioles terminales.
• Les voies incluses sont le nez, la cavité nasale, le pharynx, le larynx, la trachée et les 16 premières générations de la division de l'arbre bronchique (bronches jusqu'aux bronchioles terminales).
• Les fonctions de la zone de conduction comprennent l'acheminement, le filtrage, le réchauffement et l'humidification de l'air.
• Les surfaces épithéliales des voies aériennes sont recouvertes de cils et de mucus.
• Les cils se trouvent sur la face interne des voies et battent continuellement vers le pharynx.
• Le mucus est sécrété par les cellules épithéliales, piège les particules de poussière, et les particules collent au mucus et sont refoulées vers le haut par les cils.
• Le tabac inhibe l'activité des cils et fumer 1 cigarette peut immobiliser les cils pendant plusieurs heures.
• La mucoviscidose est une maladie génétique qui affecte le tissu épithélial des glandes exocrines, causant un mucus collant et épais, ce qui entraîne un encombrement des voies respiratoires et des difficultés respiratoires.
• La lumière d'une bronche est tapissée d'une muqueuse ciliée reposant sur une couche mince sous-muqueuse. Il existe des glandes séro-muqueuses qui fabriquent le mucus qui va tapisser la muqueuse ciliée. Une couche de muscle lisse circulaire reposant sur un chorion riche en fibre élastique existe aussi.
• Une charpente cartilagineuse maintient le calibre constant de la bronche.
• Les parois des bronches principales sont similaires en structure à celle de la trachée, mais plus il y a de ramifications moins il y a de structurel.

Pathologie

• L'asthme provoque des spasmes et la crise d'asthme est due à la contraction du muscle lisse circulaire des bronches.

Zone Respiratoire

• C'est la zone où se déroulent les échanges gazeux, composée des bronchioles respiratoires, des canaux alvéolaires et des alvéoles pulmonaires.
• Dans cette zone, les alvéoles sont entremêlées avec les capillaires pulmonaires.
• Les alvéoles sont de petits sacs creux en continuité avec les lumières des voies aériennes.
• Elles sont très vascularisées, ont un diamètre d'environ 300 μm, et il y en a environ 300 millions disposées par groupe de 15 à 20.
• La surface totale des alvéoles est d'environ 80-100 m² et sont responsables d’un échange rapide de grandes quantités d'O2 et de CO2 par diffusion.
• La faible épaisseur de la membrane alvéolo-capillaire la rend perméable en cas d'augmentation de la pression hydrostatique dans les capillaires pulmonaires, ce qui favorise l'apparition d'un œdème pulmonaire.
• Il existe plusieurs types de cellules alvéolaires.
• Les pneumocytes de type I sont des cellules épithéliales aplaties formant la paroi alvéolaire.
• Les pneumocytes de type II ont une fonction métabolique et sécrètent le surfactant (phospholipide), qui tapisse l'intérieur des alvéoles, réduisant ainsi la tension superficielle pour faciliter la distension pulmonaire.
• Les macrophages ingèrent les substances étrangères (mucus, bactéries, etc.).
• Le rôle du surfactant est de diminuer la tension superficielle alvéolaire pour augmenter la compliance pulmonaire (Δvolume/Δpression), de stabiliser les alvéoles de tailles différentes et de diminuer la quantité de liquide filtré hors des capillaires, rendant ainsi la surface alvéolaire imperméable.
• Chez les prématurés, le surfactant est immature, ce qui peut entraîner une détresse respiratoire due au collapsus alvéolaire. Une injection directe de surfactant exogène est utilisée dans ces cas.
• L'unité fonctionnelle du poumon est le lobule pulmonaire (lobule de Miller).
• Le lobule est centré par une bronchiole accompagnée d'une artériole pulmonaire.
• La bronchiole se divise à l'intérieur du lobule en bronchioles terminales, qui aboutissent chacune dans un petit sac à paroi mince, l'acinus.
• Le réseau capillaire alvéolaire donne naissance à des veinules pulmonaires qui cheminent sur les septa interlobulaires.
• L'interstitium est composé de fibres collagènes, de réticuline, d'élastine et de cellules septales.

La vascularisation et l'innervation pulmonaire

• Le sang est apporté aux poumons par deux types de circulation : pulmonaire et bronchique.
• La circulation pulmonaire est fonctionnelle, tandis que la circulation bronchique est nourricière.
• Le sang veineux systémique est transporté par les artères pulmonaires, qui se ramifient en capillaires.
• Le sang oxygéné est transporté des poumons au cœur par les veines pulmonaires.
• Les artères pulmonaires transportent le sang désoxygéné et les veines pulmonaires transportent le sang oxygéné.
• Le volume sanguin est élevé et la totalité du sang de l'organisme passe par les poumons au moins une fois par minute, avec un débit sanguin pulmonaire de 5 L/min.
• La pression est faible (25/8 mmHg).
• Les artères bronchiques apportent du sang oxygéné de la circulation générale aux tissus pulmonaires (sauf aux alvéoles).
• Les artères bronchiques dérivent de l'aorte et cheminent parallèlement aux ramifications bronchiques avec une faible quantité de circulation mais haute pression.
• En cas d'hémoptysie provenant de la circulation bronchique, le sang est à forte pression et provient directement de l'aorte.
• Les poumons sont innervés par des neurofibres motrices (parasympathiques et sympathiques) et des neurofibres viscéro-sensitives.
• Les fibres parasympathiques provoquent la bronchoconstriction, tandis que les fibres sympathiques provoquent la bronchodilatation.

La plèvre

• La plèvre est une séreuse reliant le poumon à la cage thoracique, formée de deux feuillets.
• Le feuillet viscéral est contre le poumon et le feuillet pariétal est contre la cage thoracique.
• Les deux feuillets sont accolés et limitent entre eux un espace virtuel contenant quelques gouttes de liquide (2 ml) qui sert à la lubrification.
• La plèvre permet l'interrelation entre les poumons et la cage thoracique, le glissement des poumons sur la cage thoracique et la transmission des mouvements de la cage thoracique aux poumons.
• La valeur de la pression intrapleurale est négative.
• En position debout, la pression intrapleurale est plus élevée à la base des poumons (-3 cmH2O) qu'au sommet (-10 cmH2O) à cause de la gravité.
• La pression intrapleurale négative maintient les bronchioles ouvertes, car elle est transmise via les septa alvéolaires et les attaches alvéolaires aux parois bronchiolaires.
• La cavité pleurale peut être le siège de phénomènes pathologiques tels que la pleurésie ou le pneumothorax
• Pleurésie: Présence de liquide entre les deux feuillets de la plèvre (cavité pleurale). Le liquide peut être purulent, hématique (sang), jaune très clair.
• Pneomothorax: Présence d'air dans le cavité pleurale.