Physiologie respiratoire - Faculté de Médecine d’Alger - 2020-2021 PDF

Physiologie respiratoire Faculté de Médecine d’Alger Année universitaire 2020-2021  Physiologie respiratoire Chapitre 1: Introduction à la physiologie respiratoire Chapitre 2: Mécanique ventilatoire Chapitre 3: Echanges gazeux pulmonaires et systémiques Chapitre 4: Transport des gaz Chapi...

Physiologie respiratoire Faculté de Médecine d’Alger Année universitaire 2020-2021  Physiologie respiratoire Chapitre 1: Introduction à la physiologie respiratoire Chapitre 2: Mécanique ventilatoire Chapitre 3: Echanges gazeux pulmonaires et systémiques Chapitre 4: Transport des gaz Chapitre 5: Régulation de la respiration  Physiologie respiratoire Chapitre 1 : Introduction à la physiologie respiratoire Chapitre 1 : Introduction à la physiologie respiratoire I-Définition: Pour survivre, la cellule a besoin d’énergie. Le métabolisme aérobie, une des plusieurs façons de produire de l’énergie dans la cellule, dépend d’une fourniture stable d’O₂ et de nutriments depuis l’environnement couplée à l’élimination du CO₂. Exemple : C6H12O6+ 6O2 → 6CO2 + 6H2O+ Energie (chaleur+ ATP) L’apport d’O2 aux cellules, et l’élimination du CO2 nécessitent l’intervention des appareils ventilatoire (hématose alvéolaire) et cardiovasculaire (transport des gaz). Chapitre 1: Introduction à la physiologie respiratoire I-Définition La respiration est l’ensemble des phénomènes qui concourent à assurer les échanges gazeux entre le milieu ambiant et la cellule vivante. Chapitre I: Introduction à la physiologie respiratoire Echanges à 2 niveaux: -échanges: milieu ambiant / sang , au niveau des capillaires pulmonaires Poumon : interface entre milieu extérieur / sang -échanges: sang/cellules, au niveau des capillaires tissulaires Chapitre 1:Introduction à la physiologie respiratoire II-Etapes de la respiration: La respiration peut être subdivisée en quatre processus intégrés: - la ventilation: échanges d'air entre l'atmosphère et les poumons; -les échanges gazeux air/sang ; -le transport des gaz dans le sang ; -les échanges gazeux sang/cellule vivante.  Chapitre 1 : Introduction III-Fonctions non hématosiques de l’appareil respiratoire La fonction principale du système respiratoire est de permettre : - l'oxygénation tissulaire ; - l'élimination du gaz carbonique ; -le maintien du pH à une valeur normale.  Chapitre 1 : Introduction III-Fonctions non hématosiques de l’appareil respiratoire A côté de cette fonction d'échanges gazeux, l'appareil respiratoire a d'autres fonctions: 1-Défense de l'organisme : Comme tous les autres épithéliums qui sont en contact avec l'environnement, l'épithélium respiratoire est bien équipé : des mécanismes piègent et détruisent les substances dangereuses avant qu'elles ne puissent pénétrer dans l'organisme.  Chapitre 1 : Introduction III-Fonctions non hématosiques de l’appareil respiratoire 2-Fonction métabolique et endocrinienne : Le poumon a une surface endothéliale considérable sur laquelle passe la totalité du débit cardiaque. Il a donc une position privilégiée pour métaboliser les substances circulantes.  Chapitre 1 : Introduction III-Fonctions non hématosiques de l’appareil respiratoire 2-Fonction métabolique et endocrinienne : Ainsi, le poumon -contient un système fibrinolytique qui lyse les caillots dans les vaisseaux pulmonaires ; - libère différentes substances qui pénètrent dans le sang artériel systémique (prostaglandines, histamine,...) ; -extrait du sang veineux systémique d'autres substances qui lui parviennent par l'artère pulmonaire (sérotonine, noradrénaline,...) ; -active l'angiotensine I (décapeptide inactif) en angiotensine II ; un vasopresseur qui stimule la sécrétion d'aldostérone ,grâce à l'enzyme de conversion située à la surface des cellules endothéliales des capillaires pulmonaires ; - fabrique le surfactant à usage local ;…  Chapitre 1: Introduction à la physiologie respiratoire III-Fonctions non hématosiques de l’appareil respiratoire 3-Sur le plan du comportement : phonation, déglutition, hoquet, rire, bâillement, reniflement, soupir, vomissements,... ; 4-Thermogulation et balance hydrique: L’appareil respiratoire est une source de perte d’eau et de chaleur. L’air atmosphérique inspiré est humidifié et réchauffé dans les voies aériennes avant d’atteindre les alvéoles Chapitre 1: Introduction à la physiologie respiratoire IV-Organisation du système respiratoire Le système respiratoire est constitué d’: - un organe d’échanges de gaz: les poumons; - une pompe qui ventile les poumons: la structure musculo- squelettique du thorax qui augmente ou diminue le volume de la cavité thoracique.  Chapitre 1 : Introduction à la physiologie respiratoire IV-Organisation du système respiratoire: 1-Voies aériennes Après être passé par les conduits nasaux et le pharynx où il est réchauffé et réuni à la vapeur d'eau, l'air inspiré descend dans la trachée.  Chapitre 1 : Introduction à la physiologie respiratoire IV-Organisation du système respiratoire: 1-Voies aériennes Entre la trachée et les sacs alvéolaires, les voies aériennes se divisent en moyenne 23 fois: -zone de convection: conduction des mélanges gazeux inspirés ou expirés; -zone de transition : partiellement alvéolisée et donc permet les échanges ; -zone respiratoire: entièrement alvéolisé et siège des échanges.  Chapitre 1: Introduction à la physiologie respiratoire IV-Organisation du système respiratoire: 1-Voies aériennes Ces multiples divisions augmentent la surface de section totale des voies aériennes: -2,5cm² dans la trachée; -500cm² dans les bronchioles respiratoires terminales. Par conséquent, la vitesse de l'écoulement de l'air diminue dans les petits conduits aériens.  Chapitre 1: Introduction à la physiologie respiratoire IV-Organisation du système respiratoire: 2- Alvéoles Les alvéoles, au nombre de 300 millions environ chez l'adulte sont le lieu des échanges gazeux avec le sang.  Chapitre 1: Introduction à la physiologie respiratoire IV-Organisation du système respiratoire: 2- Alvéoles La paroi alvéolo-capillaire est constituée de l'intérieur de l'alvéole vers les capillaires par quatre éléments : un film liquidien qui contient la substance tensioactive du poumon ou surfactant ; l'épithélium alvéolaire; un espace interstitiel formé -du liquide interstitiel; -d'un tissu conjonctif riche en fibres élastiques et fibres collagènes ; l'endothélium capillaire: la surface des alvéoles au contact des capillaires est d'environ 70m² et l'épaisseur de cette paroi est d'environ 0,3 à 0,5µm.  Chapitre 1: Introduction à la physiologie respiratoire IV-Organisation du système respiratoire: 2- Alvéoles Les alvéoles abritent aussi d'autres cellules spécialisées: - macrophages; -lymphocytes; -mastocytes;  Chapitre 1: Introduction à la physiologie respiratoire IV-Organisation du système respiratoire: 3- Plèvre La plèvre recouvre les poumons. Ses deux feuillets sont collés par un film de liquide pleural très fin de quelques millilitres de volume (espace virtuel). Le liquide pleural: -crée une surface humide et glissante; -maintient les poumons « collés » à la cage thoracique et les garde étirés, partiellement gonflés, même au repos.  Physiologie respiratoire Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire Dr REBAINE Nouara Année universitaire 2020-2021 Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire. La mécanique ventilatoire est l'ensemble des phénomènes qui permettent ou s'opposent au renouvellement de l'air des alvéoles. Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire. I-Cycle respiratoire II-Notion de systèmes mécaniques actif et passif III-Propriétés élastiques de l’appareil respiratoire IV-Propriétés résistives de l’appareil respiratoire V-Volumes et capacités pulmonaires VI-Espace mort et différences de ventilation Conclusion Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire. I- Cycle respiratoire L'air entre dans les poumons(inspiration) et en sort(expiration) au cours de la ventilation. L'inspiration suivie de l'expiration constitue le cycle respiratoire. Il est le résultat des différences de pression entre l'atmosphère et les alvéoles, différences dont le sens s'inverse périodiquement sous l'effet de l'activité cyclique des muscles respiratoires. La durée d'un cycle respiratoire est d'environ 04 à 05 secondes ce qui correspond à une fréquence respiratoire de 12 à 15 cycles/min chez l'homme au repos. Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire. I-Cycle respiratoire A-Muscles respiratoires En respiration calme, l'inspiration provoque l'augmentation du volume de la cage thoracique et l'expiration est le simple retour au volume de base. La contraction des muscles inspiratoires principaux est responsable de l'augmentation du volume de la cage thoracique au cours de l'inspiration et l'expiration est due au relâchement des muscles inspiratoires. Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire. I-Cycle respiratoire A-Muscles respiratoires Au cours de la respiration calme, l'expiration est normalement un phénomène passif dû à la rétraction élastique du poumon alors que l'inspiration est un phénomène actif coûteuse en énergie. Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire. I-Cycle respiratoire A-Muscles respiratoires L'Inspiration plus profonde résulte d'une plus forte contraction du diaphragme et des muscles intercostaux externes et; de la contraction des muscles inspiratoires accessoires situés dans le cou qui tire sur le sternum et les deux premières côtes vers le haut et augmente le volume de la partie haute de la cage thoracique : augmentation supplémentaire du volume de la cage thoracique et donc des poumons. Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire. I-Cycle respiratoire A-Muscles respiratoires Au cours d'une expiration forcée, pour dégonfler les poumons davantage et plus vite que pendant la ventilation calme (exemple de l'exercice physique) l'expiration devient active : contraction des muscles expiratoires (muscles de la paroi abdominale et muscles intercostaux internes) : réduction additionnelle du volume de la cage thoracique et des poumons I-Cycle respiratoire A-Muscles respiratoires Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire I-Cycle respiratoire B-Pressions mises en jeu et production du débit aérien 1- Pression atmosphérique (barométrique) La pression atmosphérique(Patm)est la pression exercée par le poids de l'air de l'atmosphère sur les objets situés à la surface de la terre. Au niveau de la mer elle est égale à 760 mm Hg, elle diminue avec l'altitude. Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire I-Cycle respiratoire B-Pressions mises en jeu et production du débit aérien 2-Pression alvéolaire : pression du gaz contenu dans les alvéoles Comme les alvéoles communiquent avec l'atmosphère par les voies aériennes, il y a écoulement de gaz chaque fois que la pression alvéolaire(Palv) diffère de la pression atmosphérique (Patm). L'écoulement continue jusqu'à ce que les deux pressions s'équilibrent (deviennent égales). Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire I-Cycle respiratoire B-Pressions mises en jeu et production du débit aérien 3-Pression pleurale(Ppl) : pression dans la cavité pleurale C'est la pression exercée sur la surface des poumons à l'intérieur de la cage thoracique. En général, elle est plus basse que la (Patm), égale à 756mmHg au repos (P° absolue) correspondant à une pression relative, rapportée à la Patm normale de 760mmHg, égale à -4mmHg.  I-Cycle respiratoire Atmosphère Pression atmosphérique(Patm) pression exercée par le poids de l’air de l’atmosphère 760 mm Hg Voies sur les objets situés à la surface du sol; aériennes 760mm Hg au niveau de la mer Paroi thoracique Plèvre pariétale Plèvre Pression alvéolaire pression dans les alvéoles viscérale 760 mm Hg Sac pleural égale à la Patm à l’équilibre (débit d’air = 0) Poumon(alvéole) Pression pleurale pression qui s’exerce à la surface des poumons 756 mm Hg dans la cavité pleurale, elle est < Patm Pressions impliquées dans la ventilation Chapitre 2: Mécanique ventilatoire. I-Cycle respiratoire B-Pressions mises en jeu et production du débit aérien 3-Pression pleurale(Ppl) : pression dans la cavité pleurale Les poumons et la cage thoracique sont étroitement accolés sous l’action d’une pression transmurale : la pression transpulmonaire(Ptp). Au repos: Ptp = Palv - Ppl Ptp = 760 - 756 Ptp = 4 mm Hg -la Palv de 760mmHg tend à gonfler le poumon (pousse vers l’extérieur); -la Ppl de 756mmHg tend à le comprimer (pousse vers l’intérieur); -la différence de pression transpulmonaire résultante de 4mmHg en poussant vers l’extérieur sur les poumons les distend jusqu’à ce qu’ils remplissent la cage thoracique.  I-Cycle respiratoire B-Pressions mises en jeu et production du débit aérien 760 Voies aériennes Cavité pleurale Surface du poumon 756 756 760 Poumon(alvéole) Paroi thoracique Ptp = Palv - Ppl Différence de pression transmurale: pression transpulmonaire (les nombres sont les pressions exprimées en mm Hg) Chapitre 2: Mécanique ventilatoire. I-Cycle respiratoire B-Pressions mises en jeu et production du débit aérien 4-Production du débit aérien Puisque l'air s'écoule de manière passive sous l'effet d'une différence de pressions, d'une zone de haute pression vers une zone de basse pression il faut : -que la Palv ˂ Patm pour qu'il pénètre dans les poumons pendant l'inspiration ; -que la Palv ˃ Patm pour que l'air s'écoule hors des poumons pendant l'expiration. La Palv varie en fonction du volume des poumon. Ce dernier est le résultat d'une activité cyclique des muscles respiratoires. La Palv varie en accord avec la loi de Boyle-Mariotte. Loi de Boyle-Mariotte: La pression du gaz diminue proportionnellement à l'augmentation du volume dans lequel il se trouve et, inversement augmente proportionnellement à la diminution de volume. P₁V₁ = P₂V₂ suppose que la température et le nombre de molécules de gaz demeurent constants V₁ = 1L V₂ = 0,5 L P₁ = 100 mmHg P₂ = 200mmHg Quand le volume diminue, les collisions et la pression augmentent. Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire. I-Cycle respiratoire C-Inspiration : Avant le début de l'inspiration, l'appareil respiratoire est au repos. Il est en apnée ou en condition statique, les voies aériennes sont ouvertes, donc en communication avec l'atmosphère : - Palv = Patm -pas d'écoulement d'air. Au début de l'inspiration(respiration calme), le diaphragme et muscles intercostaux externes sont stimulés et se contractent.  Séquence d’évènements au cours de l’inspiration Contraction du diaphragme et des muscles intercostaux externes Expansion du thorax Pip devient plus négative ↗ Pression transpulmonaire Expansion des poumons Palv ˂ Patm L’air s’écoule dans les alvéoles L’écoulement de l’air continue jusqu’à ce que Palv = Patm.  Dimension du thorax: effet de la contraction des muscles inspiratoires 760 760 Dimension du Dimension du thorax: effet du 760 thorax avant relâchement l’inspiration des muscles inspiratoires 759 760 761 756 754 756 Dimension des Dimension des Dimension des poumons du poumons se poumons avant fait de l’augmentation de rétractant sur l’inspiration volume de la cage eux-mêmes en thoracique attirant la cage thoracique Avant l’inspiration Pendant l’inspiration Pendant l’expiration Modification du volume pulmonaire et de la pression alvéolaire durant le cycle respiratoire Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire. I-Cycle respiratoire D-Expiration : Il y a relâchement des muscles inspiratoires à la fin de l'inspiration.  Séquence d’évènements au cours de l’expiration Relâchement du diaphragme et des muscles intercostaux externes Rétraction vers l’intérieur de la paroi thoracique Pip retourne à sa valeur pré-inspiratoire Ptp retourne à valeur pré-inspiratoire Rétraction des poumons Vers un volume pré-inspiratoire Compression des gaz dans les alvéoles Palv ˃ Patm L’air s’écoule hors les alvéoles L’écoulement de l’air continue jusqu’à ce que Palv = Patm.  Dimension du thorax: 760 effet de la contraction des 760 Dimension du Dimension du thorax: effet muscles inspiratoires 760 thorax avant du relâchement des muscles l’inspiration inspiratoires 759 760 761 754 756 756 Dimension des poumons avant Dimension des l’inspiration Dimension des poumons du fait poumons se de l’augmentation de volume de rétractant sur la cage thoracique eux-mêmes en attirant la cage thoracique Avant l’inspiration Pendant l’inspiration Pendant l’expiration Modification du volume pulmonaire et de la pression alvéolaire durant le cycle respiratoire Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire. I-Cycle respiratoire Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire. I-Cycle respiratoire Au total, la contraction musculaire est responsable du déplacement de la cage thoracique et donc, des variations de la Palv, ce qui permet une ventilation pulmonaire normale. Pour ce faire, la contraction musculaire doit s’opposer aux propriétés mécaniques du poumon. Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire. II-Notion de systèmes mécaniques actif et passif 1-Introduction Le système ventilatoire désigne l’ensemble des structures qui assurent la ventilation, c’est-à-dire le renouvellement de l’air. Ces structures peuvent être schématiquement regroupées en deux ensembles: l’un actif: les muscles ventilatoires; l’autre passif: -les voies aériennes; - les poumons; -la paroi thoracoabdominale Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire. II-Notion de systèmes mécaniques actif et passif 2-Forces en présence La force motrice de l’inspiration est la contraction des muscles inspiratoires qui permet l’augmentation des trois diamètres du système respiratoire. Ces muscles ont dû lutter contre des forces résistantes: -l’élasticité du système thoracopulmonaire qu’il fallu étirer; -l’écoulement de l’air dans les voies aériennes; -le frottement des tissus sur eux-mêmes; -l’inertie du système: puisque le système était au repos. Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire. II-Notion de systèmes mécaniques actif et passif 2-Forces en présence L’expiration normale est la conséquence du retour élastique et passif du système respiratoire sur lui-même. Ce qui précédemment était une force résistante, la rétraction élastique du système respiratoire, devient une force motrice, celle-ci va lutter contre les résistances des voies aériennes, plus importantes à l’expiration qu’à l’inspiration. Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire. II-Notion de systèmes mécaniques actif et passif 3-Relation forces motrices et résistantes: La relation entre les forces motrices et résistantes peut être exprimée par l’équation du mouvement de Newton appliqué à un système en trois dimensions, qui dit que la pression totale appliquée au système doit être égale à la somme des produits de l’élastance totale par le volume, la résistance totale par le débit et de l’inertie par l’accélération: Ptot = Etot × V + Rtot × Q + I×A Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire. II-Notion de systèmes mécaniques actif et passif 3-Relation forces motrices et résistantes: Ptot = Etot × V + Rtot × Q + I×A L’inertie est négligeable, ce qui permet de supprimer le dernier terme et l’équation simplifiée: Ptot = Etot × V + Rtot × Q Propriétés élastiques Propriétés résistives = = Propriétés statiques Propriétés dynamiques Ptot = Etot × V Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire. III-Propriétés élastiques de l’appareil respiratoire A-Introduction En l’absence de mouvements respiratoires, c’est-à-dire en condition statique, l’équation de Newton se simplifie: Ptot = Etot × V Il s’agit d’étudier les propriétés élastiques. Ptot = Etot × V Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire. III-Propriétés élastiquesde l’appareil respiratoire B-Relation pression- volume et notion de compliance Considérant l'équation de newton en condition statique, l'élastance du système respiratoire ou de ses composantes, la paroi thoracique et le poumon, est égale au rapport pression(motrice) sur volume(mobilisé) Ptot = Etot × V → (Etot ) = Ptot / V → E = P/V Ptot = Etot × V Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire. III-Propriétés élastiques de l’appareil respiratoire B-Relation pression- volume et notion de compliance En fait, on ne mesure pas l'élastance, on lui préfère son inverse la compliance: Compliance = 1/élastance : C = 1/E = V/P En d'autres termes, on mesure la quantité d'air qui pénètre dans le poumon pour une variation de pression. La compliance est donc une mesure de la distensibilité du système respiratoire. Ptot = Etot × V Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire. III-Propriétés élastiques de l’appareil respiratoire B-Relation pression- volume et notion de compliance Compliance du système respiratoire Le système poumon-cage thoracique sont des structures élastiques solidaires l'une de l'autre. La contraction des muscles inspiratoires → l'étirement de la cage thoracique → étirement des poumons. L'étirement ou la compression d'une structure élastique→ une pression qui tend à ramener la structure à son état initial(volume de relaxation ou de repos). Ptot = Etot × V Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire. III-Propriétés élastiques de l’appareil respiratoire B-Relation pression- volume et notion de compliance Compliance du système respiratoire A l'intérieur d'une structure élastique(poumon, cage thoracique, association poumon cage thoracique ou autre): -le volume est directement proportionnel à la différence de pression de part et d'autre de la paroi (ΔP); - ΔP s'appelle pression transmurale ou pression de distension pariétale, plus elle augmente plus elle va distendre la structure. Notion de compliance On peut caractériser une structure Instabilité élastique par la courbe pression Limite élastique transmurale – volume Stuctures biologiques: volume de Volume relaxation ≠ 0. Pente = ΔV/ΔP Pente de la courbe ΔV/ΔP = = compliance compliance. La compliance caractérise la Volume de relaxation distensibilité de la structure. Pression transmurale Plus la compliance est grande, plus la structure est distensible. Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire. III-Propriétés élastiques de l’appareil respiratoire On peut calculer la courbe pression-volume, la compliance du: -poumon uniquement; -thorax uniquement; -système thoracopulmonaire. Tout dépend de la pression transmurale considérée. Si on veut calculer la courbe pression-volume et la compliance pulmonaire on prend la pression transmurale qui s’applique sur le poumon càd Palv- Ppl(pression tanspulmonaire). Les principales pressions transmurales du système thoraco-pulmonaires: P atm ③Pression transthoraco-pul monaire = Palv - ①Pression Patm transpulmonaire ③ = Palv - Ppl ① Palv ② ②Pression Ppl transthoracique = Ppl - Patm Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire III-Propriétés élastiques de l’appareil respiratoire B-Mise en évidence de l’élasticité de l’appareil respiratoire Au repos 0mm Hg Poumon Une brèche 0mm Hg Palv 0mm Hg -4mm Hg 0mm Hg Espace pleural Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire. III-Propriétés élastiques de l’appareil respiratoire C-Facteurs de l’élasticité de l’appareil respiratoire a-Facteurs de l’élasticité de la cage thoracique = facteurs anatomiques : La cage thoracique est composée d’un squelette ostéocartilagineux, de muscles et de ligaments qui vont conférer à la cage thoracique des propriétés élastiques.. Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire. III-Propriétés élastiques de l’appareil respiratoire b- Facteurs de l’élasticité du poumon : –Facteurs histologiques: -un interstitium riche en fibres élastiques; -une structure alvéolaire avec un contenu liquidien –Facteur physicochimique: responsable d’une tension superficielle qui elle-même va créer des forces élastiques. Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire. III-Propriétés élastiques de l’appareil respiratoire b- Facteurs de l’élasticité du poumon : 1-Tension de surface alvéolaire ou tension de surface des interfaces air-eau au sein des alvéoles  Tension de surface d’un liquide Dans un liquide: les molécules d’eau qui sont en profondeur sont soumises à des forces d’attraction aléatoires qui s’annulent. Air H₂O H₂O H₂O H₂O A l’interface air/liquide: les molécules d’eau sont attirées préférentiellement: H₂O H₂O H₂O - les unes vers les autres; H₂O - vers l’intérieur Conséquences: l’interface air/liquide se H₂O H₂O rétracte pour atteindre une surface minimum Liquide H₂O Exemple: un peu de liquide sur une surface plane tend à prendre une forme de goutte sphérique pour laquelle l’interface air/liquide a une surface minimale. Air Liquide La tension superficielle(T) est la force superficielle de contraction d’un liquide grâce à laquelle la surface air/liquide tend à être la plus réduite possible.  Dans les alvéoles, pour minimiser l'interface air-liquide, la tension superficielle tend à collapser les alvéoles et à les faire se ratatiner sur eux-mêmes. La tension de surface est élevée. Dans une sphère élastique distensible (alvéole), l'équilibre est atteint T P lorsque la pression de distension P = 2T/r ( loi de Laplace): r = rayon de la sphère(alvéole) T= tension de surface La sphère garde son intégrité. Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire. III-Propriétés élastiques de l’appareil respiratoire b- Facteurs de l’élasticité du poumon : Ainsi , l’expansion pulmonaire nécessite de l’énergie pour: -étirer le tissu conjonctif; -surmonter la tension de surface de la couche d’eau tapissant les alvéoles.. Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire. III-Propriétés élastiques de l’appareil respiratoire 2-Tension de surface et surfactant En fait, la tension de surface de l'eau pure est si élevée que si les alvéoles n'étaient tapissés que d'eau pure, l'expansion pulmonaire nécessiterait un effort musculaire épuisable et les poumons tendraient à se collapser. Il est donc essentiel que les cellules alvéolaires de type II sécrètent une substance ayant des propriétés de détergent, appelée surfactant(surface active agent) qui diminue notamment les forces de cohésion entre les molécules d'eau à la surface alvéolaire.  2-Tension de surface et surfactant Caractéristiques du surfactant 1-Le surfactant pulmonaire est un mélange de phospholipides et de protéines 2-Il est sécrété par les pneumocytes de type II 3-Il abaisse la tension de surface de la couche de liquide à la surface des alvéoles, ce qui augmente la compliance pulmonaire, facilitant ainsi l’expansion pulmonaire 4-Son effet le plus marqué dans les petits alvéoles, ce qui diminue la tension de surface de ces derniers de façon plus importante que dans les alvéoles plus grands. Cela stabilise les alvéoles 5-Une respiration profonde augmente sa sécrétion par étirement des pneumocytes de type II. Sa concentration diminue quand la respiration est superficielle 6-Il est produit en fin de grossesse dans le poumon fœtal Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire. IV-Propriétés résistives de l’appareil respiratoire A-Introduction La ventilation en condition dynamique(quand le débit aérien se produit),l’activité des muscles respiratoires doit vaincre: -l’élasticité pulmonaire; -la résistance au passage de l’air. Cette dernière comprend: -les frottements du tissu pulmonaire que l’on distend; -les résistances des voies aériennes(VA) qui correspondent à la résistance au passage de l’air Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire. IV-Propriétés résistives de l’appareil respiratoire A-Principes généraux 1-Ecoulement dans un système de conduction bronchique: L’air s’écoule en fonction: -Pression(P): gradient de pression(Palv –Patm) → débit d’air; -Débit(Q): quantité d’air qui circule dans les VA/unité de temps; -Résistance(R): difficulté à laquelle l’air se heurte pour circuler entre 2 points des VA s/l’action d’une ΔP Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire. IV-Propriétés résistives de l’appareil respiratoire A-Principes généraux 2-Différents types d’écoulement: -écoulement laminaire: déplacement ordonné en parallèle aux parois du conduit; -écoulement turbulent: déplacement aléatoire; -écoulement transitionnel: les 2 types d’écoulement au sein du même conduit et surtout à l’embranchement (bifurcation) du conduit aérien(la plupart de l’arbre bronchique) En périphérie, dans les bronchioles terminales, l’écoulement est laminaire. Dans la trachée: écoulement turbulent vrai, surtout à l’exercice.  Principes généraux Ecoulement d’un fluide Laminaire Turbulent Débit² = ΔP/R₂ Débit = ΔP/R₁ Transitionnel Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire. IV-Propriétés résistives de l’appareil respiratoire A-Principes généraux En considérant que l’écoulement est transitionnel(proche de la réalité): ΔP= R₁Q +R₂Q² Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire. IV-Propriétés résistives de l’appareil respiratoire A-Principes généraux En considérant que l’écoulement laminaire(approximation en pneumologie): ΔP= R₁ Q Situation où on peut appliquer la loi de Poiseuille qui dit ΔP(entre deux points d’un conduit) = R Q Q = P₂ – P₁ /R et R= 8η L/ π r⁴ η = viscosité de l’air L = longueur du conduit r = rayon du conduit P Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire. IV-Propriétés résistives de l’appareil respiratoire A-Principes généraux Le rayon de chaque conduit peut être modifié. Les déterminants du Q d’air qui va s’écouler dans l’arbre bronchique: -ΔP; -r. Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire. IV-Propriétés résistives de l’appareil respiratoire B-Résistances pulmonaires En respiration nasale, chez un sujet normal au repos, c’est au niveau des VA extrathoraciques qu’on a le plus de résistance au passage de l’air(50%). Trachée et grosses bronches 2ème site de résistance (40%). Les G7 àG23 (10%) 1- Resistance des VAS à l’insparation et pendant le sommeil: grippe →œdème → ↘ r du conduit nasal →↗R; sommeil→ ↘ r du pharynx 2-Voies inférieures: R↗ à l’expiration →intérêt dans les situations pathologiques→troubles ventilatoires obstucifs(asthme- bronchite) Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire. Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire. IV-Propriétés résistives de l’appareil respiratoire C-Influence de certaines facteurs sur la résistance des voies aériennes Le muscle lisse des parois des bronchioles est extrêmement sensible aux commandes motrices et à certains produits chimiques, par exemple: -l’inhalation d’agents irritants→ réflexe du système nerveux parasympathique →contraction des bronchioles - l’histamine et d’autres substances inflammatoires sécrétées lors d’une crise d’asthme aigue → bronchoconstriction - l’adrénaline libérée à la suite de l’activation du système nerveux sympathique ou administrée à des fins thérapeutiques dilate les bronchioles et réduit la résistance; Les accumulations locales de mucus, les matières infectieuses et les tumeurs obstruant les conduits aériens constituent des sources majeurs de résistance dans les maladies respiratoires  V-Volumes et capacités pulmonaires: Volumes et capacités respiratoires pour un jeune adulte mâle de corpulence moyenne Mesure Valeur Définition habituelle Volumes respiratoires 1-Volume courant (VT*) 500 ml Quantité d’air inhalée ou expirée lors d’une respiration calme 2-Volume de réserve inspiratoire(VRI) 3000 ml Quantité d’air pouvant être inspirée avec effort maximal en sus d’une inspiration courante 3-Volume de réserve expiratoire(VRE) 1200 ml Quantité d’air pouvant être expirée avec un effort maximal en sus d’une expiration courante 4-Volume résiduel(VR) 1200 ml Quantité d’air restant dans les poumons après une expiration maximale Capacités pulmonaires 5-Capacité vitale (CV) 4800 ml Quantité d’air pouvant être expirée avec un effort inspiratoire maximal = VT + VRI + VRE 6-Capacité inspiratoire (CI) 3500 ml Quantité maximale d’air pouvant être inspirée après une expiration courante = VT + VRI 7-Capacité résiduelle fonctionnelle(CRF) 2400 ml Quantité d’air restant dans les poumons après une expiration courante VR + VRE 8-Capacité pulmonaire totale (CPT) 6000 ml Quantité maximale d’air que les poumons peuvent contenir VR + CV Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire V-Volumes et capacités pulmonaires A l’exception du VR, de la CPT et de CRF, toutes les grandeurs citées ci-dessus peuvent être mesurées à l’aide d’un spiromètre. Un spiromètre est une cloche remplie d’air baignant dans une enceinte remplie d’eau. La cloche monte et descend quand le sujet, qui respire à travers un embout buccal par une tubulure débouchant dans la cloche, expire et inspire, respectivement. Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire V-Volumes et capacités pulmonaires L’enregistrement correspondant est appelé spirogramme. La plume, reliée à la cloche par un fil inextensible passant sur une poulie, monte quand la cloche baisse à l’inspiration et descend quand elle monte à l’expiration. Les déplacements de la plume et la vitesse de rotation du tambour sont étalonnés en volume et temps, respectivement. Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire V-Volumes et capacités pulmonaires Une variante de la CV est la détermination du volume expiratoire maximal seconde(VEMS) qui est le volume de gaz expiré pendant la toute première seconde d’une expiration maximale à partir d’une inspiration maximale. Il est normalement de 75 à 80% de la(CV) ; le rapport VEMS/CV est le coefficient de Tiffeneau. La mesure de la CV et du VEMS est appelée épreuve fonctionnelle respiratoire. Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire. VI-Espace mort et les différences de ventilation: La ventilation pulmonaire ou ventilation minute ou débit d’air est le volume d’air inspiré et expiré en une minute : Ventilation pulmonaire = volume courant(VT) X fréquence respiratoire (ml/mn) ( ml ) (cycles/mn) Fréquence respiratoire = nombre de cycles par minute qui est en moyenne de 12 à 16 cycles/mn chez un adulte au repos. Espace mort anatomique: Tout l’air inspiré n’arrive pas jusqu’aux alvéoles ; une partie reste dans les voies aériennes de conduction qui ne participent pas aux échanges gazeux. Ce volume d’air est de 150 ml chez l’adulte normal ; c’est l’espace mort anatomique. Chapitre 2 : Mécanique ventilatoire. VI-Espace mort et les différences de ventilation: Espace mort alvéolaire -L’air atmosphérique entre dans les alvéoles et participe aux échanges d’O2 et de CO2 avec le sang des capillaires pulmonaires. -Cependant certains alvéoles ventilés ne sont pas perfusés par du sang et ne participent pas aux échanges gazeux et constituent l’espace mort alvéolaire. La somme des deux espaces morts (anatomique et alvéolaire) correspond à l’espace mort physiologique ou total. La ventilation alvéolaire est le volume d’air échangé par minute entre les alvéoles et l’atmosphère : Ventilation alvéolaire = (volume courant – volume de l’espace mort physiologique) X fréquence respiratoire Chapitre II : Mécanique ventilatoire. VI-Espace mort et les différences de ventilation: Chez le sujet normal, l’espace mort alvéolaire est négligeable. Dans ce cas, l’espace mort physiologique est à égal l’espace mort anatomique.