Notes de Cours 3 - Système Respiratoire - Anatomie et Fonctionnement - 2025

2025-01-10 Cours 3 Le système respiratoire : anatomie et fonctionnement Transport de l’O2 et du CO2; Échanges gazeux Particularités associées à la...

2025-01-10 Cours 3 Le système respiratoire : anatomie et fonctionnement Transport de l’O2 et du CO2; Échanges gazeux Particularités associées à la croissance et au développement 1 Plan du cours 1) Fonctions et anatomie du système pulmonaire 2) La ventilation et les volumes pulmonaires 3) La diffusion alvéolo-capillaire 4) Le transport de l’O2 et CO2 dans le sang 5) Les échanges gazeux capillaires-tissus 6) La régulation nerveuse de la ventilation 7) Réponse et adaptation du système cardio respiratoire et consommation d’O2 3 1  2025-01-10 Rappels : système cardiorespiratoire à l’effort À l’effort, la demande énergétique au niveau musculaire augmente Les muscles ont besoin d’O2 afin de métaboliser les substrats énergétiques (cours 5) et produire un travail mécanique ; les muscles produisent également une importante quantité de CO2 à l’effort Le système cardiorespiratoire met en place une réponse qui permet d’augmenter la consommation d’O2 et éliminer le CO2 4 C e tte p h o to p a r A u te u r in co n n u e st so u m is à la lice n ce C C B Y -S A C e tte p h o to p a r A u te u r in co n n u e st so u m is à la lice n ce C C B Y -S A Capacité sanguine C e tte p h o to p a r A u te u r in co n n u e st so u m is à la lice n ce C C B Y -S A Capacité oxydative Faire circuler le sang de transport de assez vite pour musculaire Capter l’oxygène l’oxygène et des et le diffuser dans répondre aux besoins nutriments le sang… des muscles à l’effort Quels sont les déterminants de la consommation d’oxygène? 5 2  2025-01-10 Fonctions principales du système respiratoire - Échanges gazeux (apport en O2 et élimination du CO2) - Réguler le pH sanguin, en coordination avec les reins (système urinaire) - Piéger et dissoudre les caillots sanguins provenant des veines systémiques - Élaborer des sons pour le langage (phonation) 6 Apport d’O2 à l’organisme et élimination du CO2 (échanges gazeux): 4 Étapes 1. Ventilation pulmonaire (respiration): mouvement de l'air (des gaz) entrant et sortant des poumons = respiration pulmonaire = respiration externe 2. Diffusion alvéolo-capillaire: l'échange d'O2 et de CO2 entre les poumons et le sang 3. Transport de l’O2 et du CO2 par le sang 4. Diffusion capillaire: l'échange d'O2 et de CO2 entre le sang capillaire et les tissus (muscles/organes) métaboliquement actifs ( (a-v)O2Diff ) = respiration C = respiration interne 7 3  2025-01-10 Anatomie du système respiratoire et ventilation pulmonaire https://www.youtube.com/watch?v=tYTbbPSGIHk&list=LL&index=14&ab_channel=Inserm 8 La respiration nasale a certains avantages sur la respiration buccale : -L’air est réchauffé et humidifié lorsqu’il tourbillonne à travers les cavités nasales = Ces tourbillons, en fouettant l’air, font adhérer des poussières à la muqueuse nasale -une fois emprisonnées, elles sont ensuite éjectées = diminue les risques d’irritation et d’infections respiratoires. Anatomie du système respiratoire Tiré de Marieb et Hoehn, Anatomie et physiologie humaines (2015), Éditions Pearson. (p.944). Usage à des fins académiques seulement 9 4  2025-01-10 Anatomie du Système Respiratoire diminue la friction lors des mvt respi plèvre en contact avec poumons et cage thoracique = oblige les poumons à suivre le mvt du thorax Tiré de Tortora et Derrickson, Principes d’anatomie et de physiologie (2007), 2e éd., Saint-Laurent, Québec : Éditions du Renouveau pédagogique, c2007. (p.925). Usage à des fins académiques seulement 10 Anatomie du Système Respiratoire 11 5  2025-01-10 La ventilation pulmonaire et les volumes pulmonaires 12 La pression partielle des gaz régule la ventilation Loi de Dalton : La pression totale d’un mélange gazeux = la somme des pressions partielles exercées par chacun des gaz qui le compose. L’air que nous respirons est un mélange de trois gaz (N2, O2, CO2) —> La pression partielle : Chacun d’entre eux Dans un mélange gazeux, chaque gaz exerce une pression exerce une pression, en qui est proportionnelle à sa concentration (%). fonction de sa concentration dans l’air appelée pression partielle Loi de Henry: Les gaz peuvent se dissoudre dans les milieux liquidiens de l’organisme, comme le plasma Un gaz se dissout dans un liquide en fonction de sa pression partielle, de sa température et de son coefficient de solubilité. 13 = constantes —> donc pression partielle = facteur essentiel des échanges entre alvéoles et sang 6  2025-01-10 Pression partielle des gaz dans l’air ambiant = air ambiant Note : la pression est toujours exprimée en millimètres de mercure (mmHg) Kenney, Wilmore et Costill, Physiologie du sport et de l’exercice (2017), 6e édition, Éditions de Boeck. (p.185). Usage à des fins académiques seulement 14 Loi de Boyle-Mariotte À température constante, le volume d'une masse gazeuse est inversement proportionnel à sa pression. Si le volume augmente, la pression diminue ; si le volume diminue, la pression augmente. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Boyle-Mariotte_Schema.jpg 15 7 Le sang qui arrive dans les capillaires pulmonaires est appauvri en oxygène. À ce niveau, la pression partielle en oxygène est de 40!mm Hg Dans les alvéoles, la PO2 est relativement constante autour de 105!mm Hg. La différence de pression entre alvéoles et capillaires est donc de 60 à 65!mm Hg. = Ce gradient est favorable à la diffusion de l’oxygène du milieu alvéolaire vers le milieu capillaire. Ainsi, au fur et à mesure que le sang circule dans les capillaires pulmonaires, il se charge en oxygène jusqu’à ce qu’il y ait équilibre des pressions partielles entre les deux compartiments. Cet équilibre est réalisé à la sortie des capillaires, au pôle veineux. = C’est donc un sang enrichi en oxygène qui quitte les poumons pour rejoindre la circulation systémique. Il est important de signaler qu’au niveau des veines pulmonaires la PO2 n’est que de 100!mmHg et non pas 105!mmHg comme dans l’air alvéolaire ou les capillaires pulmonaires car 2% du sang est détourné directement de l’aorte vers les poumons afin de satisfaire à leur demande en oxygène. Inspiration : 2025-01-10 -augmentation du volume pulmonaire = baisse de pression de l’air à l’intérieur des poumons = pression intrapulmonaire < pression air ambiant = air ambiant rentre dans les poumons pour réduire cette différence -les pressions requises pour la respiration sont assez faibles. À pression atmosphérique standard par exemple (760!mm Hg), l’inspiration s’accompagne d’une chute de la pression intrapulmonaire de 3!mm Hg environ. -Lors d’un exercice intense, la pression intrapulmonaire peut diminuer de 80 à 100!mm Hg. Respiration forcée (lors Processus d’inspiration et d’expiration exercice épuisant) : -inspiration recrute aussi s c a l è n e s , sternocléidomastoïdiens, pectoraux -permet élévation plus importante Tiré de Marieb et Hoehn, Anatomie et physiologie humaines (2015), Éditions Pearson. (p.962). Usage à des fins académiques seulement 16 Ventilation Pulmonaire Inspiration: Processus actif d’expansion thoracique impliquant le diaphragme et les muscles intercostaux externes Pression intrapulmonaire < pression extérieure de l’air (∽ 1mmHg) Ainsi, en suivant le gradient de pression, l’air entre dans les poumons Expiration: Au repos : processus passif impliquant le relâchement des muscles inspiratoires Pression intrapulmonaire > pression extérieure de l’air. L’augmentation de la pression dans les poumons force l’expulsion de l’air processus actif lors de la respiration forcée : implication des muscles intercostaux internes Vidéo: http://www.youtube.com/watch?v=SWJHSTAWTCk&feature=related https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Boyle-Mariotte_Schema.jpg 17 contractions muscles intercostaux = baisse les côtes = chassent air des poumons (intervention muscles grands dorsaux et carrés des lombes possibles) contraction muscles abdo = augmente pression intra-abdominale = pousse viscères contre diapgragme = accèlère sa remontée 8  2025-01-10 Le mécanisme de pompe respiratoire - À l’inspiration : compression des veines thoraciques : augmentation pression dans ces veines - Puis, à l’expiration : ↓ pression des veines thoraciques. Crée un appel de sang des territoires inférieurs - Mécanisme essentiel au retour veineux. Résumé : https://www.youtube.com/watch?v=RVYKlsoEEMU&ab_channel=AlilaMedicalMedia Kenney, Wilmore et Costill, Physiologie du sport et de l’exercice (2017), 4e édition, Éditions de Boeck. (p.144). Usage à des fins académiques seulement 18 -Spiromètre mesure les volumes isnpirés et expirés = mesure tout changement de volume pulmonaire Les volumes respiratoires -volume courant : qté d’air inspirée ou expirée à chaque cycle respiratoire au repos -capacité vitale : qté max d’air pouvant être expirée après un effort inspiratoire max -volume résiduel : qté d’air restant dans les poumons après effort max respiratoire (pas mesurable par spinométrie) -capacité pulmonaire totale : CV + VR Tiré de Tortora et Derrickson, Principes d’anatomie et de physiologie (2007), 2e éd., Saint-Laurent, Québec : Éditions du Renouveau pédagogique, c2007. (p.939). Usage à des fins académiques seulement 19 9 = ne participe pas aux échanges gazeux 2025-01-10 = toutes les voies aériennes qui conduisent l'air depuis l'extérieur de notre corps jusqu'aux alvéoles pulmonaires = nez, pharynx, larynx, trachée, bronches, bronchioles L’espace mort anatomique et le volume courant v L’espace mort anatomique correspond à la zone de conduction des voies respiratoires (~ 150ml) zone de conduction Donc, sur un volume courant ~500ml, environ 350ml seulement sont acheminés vers les alvéoles Même si les bronchioles respiratoires servent principalement au transport des gaz, elles appartiennent néanmoins à la zone des échanges zone d’échanges gazeux gazeux car elles contiennent des grappes d’alvéoles M cArdle, Katch & Katch, Exercise Physiology: Nutrition, Energy, and Human Performance (2010), 7 th Edition, W olter Kluwer. (Chapter 12, p.257). Usage à des fins académiques seulement. 20 Ventilation Pulmonaire Points clés La ventilation pulmonaire est le processus par lequel l'air est déplacé dans et hors des poumons (inspiration; expiration) L'inspiration est un processus actif par lequel le diaphragme et les muscles intercostaux se contractent, augmentant ainsi les dimensions et le volume de la cage thoracique L’expiration au repos est normalement passive, les muscles inspiratoires se détendent, diminuant ainsi le volume de la cage thoracique L'inspiration et l'expiration forcée sont des processus actifs impliquant des muscles accessoires L’air contenu dans l’espace mort anatomique (150 ml) ne participe pas au processus de la respiration pulmonaire même s’il fait partie du volume courant 21 10  2025-01-10 -le débit sanguin pulmonaire est égal au débit sanguin systémique -MAIS les pressions et résistances vasculaires des vaisseaux sanguins pulmonaires sont différentes de celles de la circulation systémique -MAIS comme peu de changement de pression dans tout le système pulmonaire vasculaire = les résistances sont donc proportionnellement plus faibles que celles de la circulation systémique. 3 - La diffusion alvéolo-capillaire Objectif : Restaurer le contenu en oxygène (O2) du sang artériel Éliminer le dioxyde de carbone (CO2) du sang veineux Vidéo: http://www.youtube.com/watch?v=AyUtdqiOgCA 22 Quatre facteurs influencent la diffusion des gaz à travers la membrane alvéolaire 1. L’épaisseur de la membrane 2. L’aire de la surface de la membrane 3. Le coefficient de diffusion des gaz 4. La différence de pression partielle de part et d’autre de la membrane 23 11  2025-01-10 La membrane Alvéolo-Capillaire : Surface idéale pour les échanges gazeux Text Très mince : 0,5 à 4 mm Très grande surface : couvre 300 millions d’alvéoles Surface idéale pour les échanges gazeux composée de : -paroi alvéolaire 24 -paroi capillaire -membranes basales Surface de diffusion des alvéoles M cArdle, Katch & Katch, Exercise Physiology: Nutrition, Energy, and Human Performance (2010), 7 th Edition, W olter Kluwer. (Chapter 12, p.255). Usage à des fins académiques seulement. 25 12  2025-01-10 Anatomie alvéolo-capillaire Kenney, Wilmore et Costill, Physiologie du sport et de l’exercice (2017), 6e édition, Éditions de Boeck. (p.182). Usage à des fins académiques seulement 26 Loi de Fick Le débit de diffusion nette d’un gaz à travers une couche de tissus est : - Proportionnel à la surface = la diffusion de l’oxygène à totale de diffusion travers la barrière alvéolo-capillaire est proportionnelle au gradient - Proportionnel au gradient des pressions partielles existant de pression d’un gaz de part et d’autre de cette barrière. entre les 2 milieux (Δ Pression) - Inversement proportionnel à l’épaisseur du tissu Hall, J. E, (2016). Guyton and Hall textbook of medical physiology (13e éd) (ch. 39, p.518). WB Saunders Company, Saunders, London, 15-17. 27 -vitesse de diffusion est proportionnelle à un coefficient de diffusion, propre à chaque gaz -Le coefficient de diffusion du dioxyde de carbone étant nettement plus élevé que celui de l’oxygène, même si la différence de pression partielle entre l’alvéole et le capillaire est plus faible pour le dioxyde de carbone que pour l’oxygène, ces deux gaz diffusent de la même façon. 13  2025-01-10 -capacité de diffusion de l’oxygène : vitesse à laquelle l’oxygène diffuse de l’alvéole vers le sang -Au repos, pour chaque différence de pression de 1mm Hg, environ 21ml d’O2 diffusent des alvéoles dans la circulation sanguine en 1 minute -À l’exercice maximal, la capacité de diffusion de l’oxygène peut augmenter de 2 à 3 fois la valeur de repos Anatomie alvéolo-capillaire (membrane respiratoire) Hall, J. E, (2016). Guyton and Hall textbook of medical physiology (13e éd) (ch. 39, p.522-523). WB Saunders Company, Saunders, London, 15-17. 28 La croissance modifie le système respiratoire chez l’enfant Plus grand squelette chez l’adulte donc plus grande cage thoracique → La croissance de la cage thoracique et du tissu pulmonaire permet une plus grande capacité pulmonaire Le nombre d’alvéoles augmente jusqu’à 10 fois entre naissance et âge adulte → Amélioration de la diffusion alvéolo-capillaire → Facilite le passage de l’air dans les voies aériennes 29 14