II. Le système respiratoire - Cours de PCEM2 2009/2010 à Amiens
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Physiologie respiratoire – F. Wallois INTRODUCTION A LA PHYSIOLOGIE RESPIRATOIRE I. définitions - Le système respiratoire apporte l’O2 à l’organisme et débarrasse celui-ci de son excès de CO2, par l’intermédiaire du sang et du milieu extracellulaire. Il ya donc trois compartiments : ventilation – circulation et respiration (cellulaire). La ventilation par l’inspiration apporte l’oxygène. L’oxygène passe la barrière poumon-sang, se charge sur l’hémoglobine. Il est transporté par le sang au niveau des tissus. A ce niveau, le dioxyde de carbone des tissus est récupéré par le sang pour être expiré au niveau des poumons. 1. La respiration - - La respiration est un mode de vie qui s’accompagne d’une consommation d’oxygène, indispensable au métabolisme cellulaire. La consommation d’oxygène est impliquée dans des réactions d’oxydoréductions où l’oxygène est l’un des substrats énergétique permettant la synthèse de constituant de l’organisme. Chez le mammifère toutes les cellules de l’organisme sont assujetties au métabolisme respiratoire. Il y a un échange gazeux ce qui nécessite un drainage continuel du milieu extracellulaire afin d’apport l’oxygène et d’enlever le CO2. Comme les cellules sont à distance de l’air ambiant, on a besoin de ces deux systèmes : o Le système ventilatoire. Cours d’Inès Masmoudi. PCEM2 2009-2010. Physiologie respiratoire – F. Wallois o - Le système circulatoire qui permet de transport l’oxygène à l’intérieure de l’organisme vers les cellules. Il y a deux zones d’échanges: o La membrane alvéolo-capillaire. La membrane entre le poumon et le système circulatoire. On parle de diffusion alvéolo-capillaire. o Au niveau tissulaire entre la paroi des vaisseaux et les membranes cellulaire. On parle de diffusion 2. La ventilation - - - - - La ventilation est le renouvellement de l’air dans un espace. C’est un débit qui est exprimé en litres par minute (L.min-1). On parle de : o Ventilation pulmonaire pour le poumon dans son ensemble (alvéoles + bronchioles, etc.). o Ventilation alvéolaire. La ventilation résulte d’une activation musculaire. Cette activation musculaire résulte en une mobilisation de la cage thoracique qui induit des variations de pressions à l’intérieur du thorax. Cette variation de pression à l’intérieur du thorax permet l’entrée de l’air dans les poumons (par dépression des poumons). La ventilation est un phénomène à double sens : o Un sens inspiratoire. C’est la dépression (phénomène actif). o Un sens respiratoire. Retour à la pression atmosphérique (un phénomène passif dans la ventilation calme). La ventilation s’effectue par l’intermédiaire de tuyaux qui apporte l’air aux alvéoles (arbre respiratoire). Dans ces tuyaux il n’y a pas d’échanges, ce n’est seulement au niveau des alvéoles que se font les échanges (membrane alvéolo-capillaire). Ces échanges se font essentiellement par diffusion. 3. Diffusion - C’est au niveau de la membrane alvéolo-capillaire que s’effectuent les échanges gazeux entre un milieu extérieur aérien et un milieu interne liquidien (sang). Ce qu’on appelle hématose c’est l’enrichissement du sang en oxygène et son appauvrissement en CO2. 4. La circulation ou transport des gaz par le sang - Le transport des gaz par le sang est un système à sens unique constitué de vaisseaux dans lesquels circulent le sang sous l’effet d’une pompe automatique, le cœur. Cela permet le transport de l’O2 ou CO2 sous forme dissoute ou sous forme combinée à l’hémoglobine. L’automatisme du cœur se fait dans le cœur lui-même. En ce qui concerne la respiratoire, c’est dans le tronc cérébral que certains neurones assurent l’automatisme du cycle inspiratoire et expiratoire. Cours d’Inès Masmoudi. PCEM2 2009-2010. Physiologie respiratoire – F. Wallois 5. Les échanges d'O2 et de CO2 entre le sang et les tissus - Passage de l’O2 dans les tissus. Passage du CO2 dans le sang. II. Le système respiratoire 1. Les voies aériennes - - - - - a. Les voies aériennes supérieures Elles sont composées par : o Les fosses nasales. o Le pharynx. o Le larynx. Elles sont appelées voies aériennes extra-pulmonaires. Le nez : o Dans la muqueuse nasale on retrouve des récepteurs qui nous renseignent sur la qualité de l’air (toxiques, température, quantité d’O2). Ils sont alors à l’origine de reflexes de protection : éternuement et acné (si détection d’eau). o Il y a un lit vasculaire à l’intérieur du nez qui peut être turgescent. Il permet de réchauffer l’air et de l’humidifier si nécessaire. L’air respiré à 0°C, une fois arrivé au pharynx il est à 37°C. o Il a un rôle olfactif. C’est l’activité respiratoire qui conduit l’air vers les cellules olfactives. b. Les voies aériennes inférieures Elles sont appelées voies aériennes intra-pulmonaires. On parle de portion conductrice de l’arbre trachéo-bronchique. Celle qui conduit l’air sans échanges. La trachée se divise en deux branches souches : une bronche souche droite et une bronche souche gauche. Ces branches souches se ramifient en une série de bronches (de plus petits calibres) et à la fin en bronchioles. La trachée : o Elle est cartilagineuse. o Elle présente un muscle postérieure capelle de se contracter. o Pathologie : en cas d’asthme il y aune broncho-constriction. Les bronches : o Ce sont des conduits cartilagineux (comme la trachée). o Dans les bronches ont retrouve des glandes bronchiques. Pathologies : les bronchites sont dues à la sécrétion par les glandes bronchiques. Les bronchioles : o Elles sont plus terminales et sont non-cartilagineuses mais épithélialisées. o Dans les bronchioles ont retrouve des cellules ciliées et des cellules muqueuses. Elle permet la remonté les poussières ou autre : ascenseur muco-ciliaire. Cours d’Inès Masmoudi. PCEM2 2009-2010. Physiologie respiratoire – F. Wallois - - - c. Les canaux alvéolaires Un poumon est un ensemble d’alvéoles qui constituent un réservoir d’air. Les canaux alvéolaires : o Ils se terminent dans les alvéoles. o L’épithélium est discontinu pour devenir de plus en plus petits et de plus en plus nombreux à chaque ramification. Sur le plan fonctionnel on distingue trois zones : o Une zone de conduction : pas d’échange mais conduction d’air. Elle contient les 16 premières divisions : de la trachée jusqu’aux bronchioles terminales. o Une zone de transition : échange et conduction. Elle contient les divisions 17 à 19. o Une zone respiratoire : échange mais pas de conduction. Elle contient les divisions de 20 à 23 : des bronchioles respiratoires aux sacs alvéolaires. Plus on s’avance dans des diamètres petits et plus le diamètre cumulé augmente. Le diamètre de conduction va en grandissant, devenant plu important malgré que les diamètres diminuent. Cela permet d’avoir une conduction laminaire. Ce flux laminaire (flux droit) permet de diminuer les résistances à l’écoulement de l’air. Cours d’Inès Masmoudi. PCEM2 2009-2010. Physiologie respiratoire – F. Wallois - - d. L’espace mort L’espace mort est un volume. C’est l’espace du système respiratoire qui ne participe pas aux échanges. Il est noté VD (Volume Dead). Il correspond : o Au volume de l’arbre respiratoire supérieur. o Plus la portion conductrice de l’arbre trachéo bronchique. Cet espace mort fait environ 150mL. L’espace mort fonctionnel peut être supérieur à l’espace mort anatomique. L’espace mort fonctionnel peut être supérieur car dans certaines pathologies quelques alvéoles ne sont pas physiologiques. On parlera alors d’effet espace mort. 2. L’alvéole - Il y a 300 millions d’alvéoles. La surface totale est de 100m². Ce sont des petits sacs de 0,3mm. Ils sont situés aux extrémités des ramifications terminales de l’arbre trachéo-bronchiques. Leur paroi est très peu épaisse pour permettre la diffusion alvéolo-capillaire. Cette paroi est entourée d’un réseau capillaire important. La membrane alvéolo-capillaire est constituée de la paroi des alvéoles et celle des capillaires. Elle est le lieu d’échange entre l’appareil respiratoire et l’appareil circulatoire. Le volume de l’espace alvéolaire est entre 2,5 et 3 litres. 3. La membrane alvéolo-capillaire - Elle est très fine. Il existe deux types de cellules : Cours d’Inès Masmoudi. PCEM2 2009-2010. Physiologie respiratoire – F. Wallois o o - - Des cellules de type I, elles constituent la paroi des alvéoles. Des cellules de type II, elles sont sécrétrices. Elles sécrètent le surfactant qui a un rôle important pour : o Limiter la tension superficielle. o Faciliter la respiration. Pathologie : maladie des membranes hyalines trouvée chez le nouveau-né prématuré et qui correspond à une absence de surfactant. Elle était à l’origine de la mort du nouveau né prématuré par détresse respiratoire. Maintenant on leur donne du surfactant de synthèse. On retrouve des macrophages sur la paroi des alvéoles qui jouent le rôle d’éboueur. Cours d’Inès Masmoudi. PCEM2 2009-2010. Physiologie respiratoire – F. Wallois 4. La cage thoracique - - La cage thoracique est constituée : o D’une partie fixe (colonne vertébrale) où s’arrime les muscles pour faire bouger une partie mobile. o La partie mobile : le sternum et l’extrémité sternale des côtes. Les côtes sont liées les unes aux autres par des muscles. 5. La plèvre - - - - - La plèvre est une séreuse qui comporte : o Un feuillet profond viscéral qui enveloppe les poumons. o Un feuillet superficiel pariétal qui tapisse la paroi thoracique, le diaphragme et les viscères médiastinaux. o Ces deux feuillets sont séparés par un liquide pleural qui évite les frottements. Entre ces deux feuillets on retrouve la pression intra-pleurale (PIP). Dans les poumons, en dehors de tout acte respiratoire elle est égale à celle de la pression atmosphérique (-4mmHg). En effet les poumons et la paroi thoracique ont tendance à s’écarter l’un de l’autre, paroi thoracique à se distendre et le poumon à se rétracter, ce qui augmente l’espace entre les deux feuillets. Pathologie : le pneumothorax correspond à la présence dans l’espace intra-pleural, la cage thoracique à alors tendance à se distendre et les poumons à se rétracter, on dit que le poumon s’affaisse. La pression qui doit distendre le poumon n’existe plus. Chez quelqu’un qui fait un effort, la plèvre va être ventilée, mais pas le poumon qui ne va plus se distendre. Ce sujet est en forte détresse respiratoire (dyspnée). Cette pression va varier en fonction : o De la gravité (en orthostatisme), elle est supérieure au sommet du poumon. o Au cours de la ventilation. La paroi thoracique n’est pas en contact avec les deux poumons. 6. Les muscles respiratoires - - Ils vont permettre de mobiliser la cage thoracique. Cette mobilisation de la cage thoracique va permettre une variation de pression pour permettre une entrée d’air dans les poumons. On remarque des variations de pressions selon le cycle respiratoire : o L’inspiration. o L’expiration. o Le temps post-respiratoire. a. Les muscles inspiratoires Les muscles respiratoires qui sont actifs pendant l’inspiration : o Le plus important est le diaphragme. o Les intercostaux externes (accessoires). o Les scalènes (accessoires). o Les sterno-cléido-mastoïdiens. Cours d’Inès Masmoudi. PCEM2 2009-2010. Physiologie respiratoire – F. Wallois - - o Les muscles des ailes du nez (accessoires). Les muscles inspiratoires accessoires se mettent en place chez des gens qui ont des détresses respiratoires importantes. Le diaphragme à pour effet d’augmenter le diamètre vertical et transversal. Quand il est hâtif le diaphragme peut avoir une excursion de 10cm (en ventilation forcée, normalement 1.5cm). On parle alors d’ascension diaphragmatique sur les radios. Les muscles intercostaux externe augmentent les diamètres antéropostérieurs (projettent sternum en avant) et transversaux (élèvent les côtes). b. Les muscles expiratoires - - Au repos, l’expiration est un phénomène passif. Lorsque l’expiration est active (forcée, éternuement, toux) : o Les principaux muscles expiratoires sont les muscles abdominaux : grand droit, petit et grand oblique. o Les muscles intercostaux internes. o Les muscles pectoraux (accessoires). Les muscles abdominaux refoulent le diaphragme vers le haut : augmentent la pression intraabdominale. Les muscles intercostaux internes diminuent les diamètres transversaux et antéropostérieurs. III. Le système circulatoire - - - La grande circulation est le circuit par lequel le sang est propulsé à partir du ventricule gauche jusqu’aux capillaires des tissus périphérique. Il se décharge en O2 et se charge en CO2. Il revient ensuite à l’oreillette droite. La petite circulation est le circuit par lequel le sang est propulsé à partir du ventricule droit jusqu’aux capillaires alvéolaires. Il se charge en O2 et se décharge en CO2. Il revient ensuite à l’oreillette gauche. Dans une artère pulmonaire on retrouve du sang pauvre en oxygène. Dans une veine pulmonaire on retrouve du sang riche en oxygène. Cours d’Inès Masmoudi. PCEM2 2009-2010. Physiologie respiratoire – F. Wallois IV. Le contrôle nerveux - - - Le diaphragme est innervé par le N. phrénique (C4 C5 C6). Les muscles intercostaux sont innervés par les motoneurones intercostaux. Pathologie : o Coup du lapin (accident de voiture) est à l’origine d’une rupture de la moelle au dessus des racines du nerf phrénique. On perd alors le contrôle automatique et volontaire de la respiration. o Section de moelle en dessous des racines du nerf phrénique est à l’origine d’une conservation de la respiration automatique. Les informations permettant le contrôle de la respiration sont captées par la Xe paire des nerfs crâniens, le N. vague. Ces informations renseignent sur la qualité de l’air: o La quantité d’oxygène. o La quantité de dioxyde de carbone. o La température de l’air. Le réseau du tronc cérébral est à l’origine du contrôle automatique de la respiration. Cours d’Inès Masmoudi. PCEM2 2009-2010.
