3. Physiologie de la ventilation : mécanique ventilatoire, débits, volumes, capacités respiratoires, régulation La ventilation est à l'origine d'échanges gazeux entre les alvéoles et l'air ambiant; elle implique qu'il existe un gradient de pression entre les alvéoles et l'atmosphère. La pression atmosphérique ou barométrique (PB) est prise comme référence et considérée comme = 0 cm H2O. La pression alvéolaire (PA) est, en l'absence de mouvement d'air, égale à la pression atmosphérique alors que la pression intra-pleurale qui s'exerce autour du poumon est d'environ - 5 cm H2O. I- mécanique ventilatoire : la ventilation pulmonaire est assurée par les mouvements d’ampliation et de retrait de la cage thoracique. ce fait en 2 temps A- l’inspiration : active, automatique et sous contrôle nerveux. Lors de l'inspiration : o l'ensemble poumon/paroi thoraco-abdominale s'agrandit. o Cette augmentation de volume (V) est associée à une diminution de pression P puisque le produit P x V est constant (Loi de Boyle). o La pression alvéolaire diminue donc, et un gradient de pression s'établit entre l'atmosphère et les alvéoles, permettant à l'air d'entrer dans le poumon. A la fin de l'inspiration : la pression alvéolaire s'équilibre avec la pression barométrique, interrompant l'entrée d'air dans le poumon. en respiration calme : seul le diaphragme qui intervient. - muscle digastrique en forme de coupole - sa contraction entraîne un abaissement du centre phrénique qui conduit à un agrandissement de l'axe vertical du thorax et une surélévation des arcs costaux inférieurs qui conduit à un agrandissement des diamètres antéro-postérieur et transverse du 1/3 inférieur du thorax. - le contrôle nerveux est assuré par les nerfs phréniques - assure les 2/3 tu travail inspiratoire. en respiration forcée il y a recrutement des muscles accessoires principalement les muscles intercostaux externes : - forment des faisceaux parallèles obliques en bas et en avant entre les arcs costaux. - leur contraction entraîne une horizontalisation des côtes et ainsi un agrandissement des diamètres antéro-postérieur et transverse du thorax. - ils participent aussi à la rigidité de la paroi thoracique. B- l’expiration : L'expiration est passive en respiration calme, due o à l'élasticité propre du thorax et de l'abdomen (30%) o et à la tension des liquides recouvrant bronches et alvéoles (70%). active si la ventilation doit être accélérée, par exemple au cours de l'exercice musculaire. Elle est alors due à l'action des muscles expiratoires qui o diminuent le volume thoracique (muscles intercostaux internes) o et augmentent la pression abdominale (muscles de la paroi abdominale, principalement le muscle transverse). 1 II- débits : 1- volume expiratoire maximum seconde (VEMS) volume expiré pendant la 1ère seconde d’une expiration profonde qui suit une inspiration forcée. Il dépend de l’âge, du sexe, de la taille et du volume pulmonaire. Quand le VEMS diminue cela traduit une obstruction Le VEMS = 80% de la CV chez le sujet jeune, il diminue avec l’âge coefficient de Tiffeneau = VEMS/CV .100 = 80% 2- volume inspiratoire maximum seconde (VIMS) volume inspiré pendant la 1ère seconde d’une inspiration profonde qui suit une expiration forcée. Intérêt dans les sténoses trachéales. 3- Le DEM : ou débit expiratoire maximum : mesuré à des points de la courbe débit – volume ; entre 25 et 75 % de la CV DEM 75 : explore les grosses bronches DEM 50 : explore les bronches moyennes DEM 25 : explore les petites bronches Le DEM/CV.100 = 90% 4- débit expiratoire de pointe DEP débit maximale maintenu pendant au moins 3 secondes au cours d’une expiration forcée rapides faisant suite à une inspiration forcée Mesuré par le debimètre de pointe Intérêt : surveillance de l’asthme 5- ventilation maximale minute : c’est la plus grande volume d’air qui peut être mobilisé en une minute 6- débit ventilatoire : volume d’air inspiré en une minute = Vt x FR = 0.5 x 16 = 8 l/min III- volumes : volume courant (Vt) : volume d’aire mobilisé par une expiration normale faisant suite à une inspiration normale = 500ml volume de réserve inspiratoire (VRI) : volume d’aire mobilisé par une inspiration forcée faisant suite a une inspiration normale = 2 l volume de réserve expiratoire (VRE) : volume d’aire mobilisé par une expiratoire forcée faisant suite a une expiratoire normale = 1,5 l volume résiduel (VR) : volume d’air qui reste dans les poumons après une expiration forcée (volume non mobilisable, donc il n'est pas mesuré directement à l'aide d'un spiromètre, mais indirectement par dilution ou par pléthysmographie) IV- capacités respiratoires : capacité vitale (CV) : volume d’aire mobilisé par une expiratoire forcée faisant suite a une inspiratoire forcée, c'est-à-dire somme de VT + VRI + VRE capacité inspiratoire (CI) : volume d’air maximale inspiré après expiration normale = Vt + VRI capacité expiratoire (CE) = Vt + VRE capacité résiduelle fonctionnelle (CRF) : volume qui reste dans les poumons après une expiration normale = VR + VRE capacité pulmonaire totale (CPT) : volume contenue dans les poumons après une inspiration forcée = CV + VR 2 V- régulation : Implique des centres respiratoires responsables de la genèse du rythme respiratoire, un système effecteur (muscles respiratoires) et des récepteurs périphériques qui informent les centres respiratoires. A- Centres respiratoires et genèse du rythme respiratoire : 2 types Centres bulbaires inspiratoire et expiratoire : o le groupe respiratoire dorsal contrôle le diaphragme : responsable du rythme de base de la respiration o et le groupe respiratoire ventral contrôle les muscles intercostaux et abdominaux. Centre pneumotaxique : o situé dans la protubérance. o transmet les informations de l'hypothalamus vers les centres bulbaires, o il accélère la fréquence respiratoire en réponse à l'émotion, la fièvre… B- Contrôle par les mécanorécepteurs. Récepteurs laryngo-trachéaux : o stimulés par le contact de particules inhalées, gaz irritants ou sécrétions bronchiques, o induisent une toux, une constriction laryngée ou bronchique et une hypertension artérielle. Récepteurs bronchiques intra pulmonaires. o sensibles à l'irritation o induisent une constriction laryngée ou bronchique et une hyperpnée, mais pas de toux. Récepteurs alvéolaires de type (J) o sensibles à la pression du liquide interstitiel. o leur stimulation suite à un oedème interstitiel entraîne une hyperventilation superficielle. Récepteurs thoraciques. o situés dans les articulations et dans les fuseaux neuromusculaires. o permettent d'adapter la contraction des muscles inspiratoires à la charge. o L'absence d'adaptation entraîne la dyspnée. C- Contrôle par les chémorécepteurs Chémorécepteurs centraux. o proches des centres respiratoires bulbaires. o sensibles à la PaCO2 et au pH du sang artériel et du LCR. o Lorsque la PaCO2 ↑, CO2 diffuse dans le LCR et forme rapidement H2CO3 qui se dissocie en H+ et HCO3-, alors H+ stimule les chémorécepteurs et induit une hyperventilation réactionnelle. Chémorécepteurs périphériques. o détectent une ↓ de la PaO2 o situées au niveau de la division des artères carotides communes et de la crosse aortique. Réponses ventilatoires au CO2 : o l’↑ de la PaCO2 (hypercapnie) entraîne une hyperventilation alvéolaire, o la ↓ de la PaCO2 (hypocapnie) entraîne une hypoventilation alvéolaire. o pour une valeur normale de PaO2, la ventilation ↑ de 3 litres/min pour chaque élévation de 1mmHg de la PaCO2. Réponses ventilatoires à l'O2 : o la ↓ de la PaO2 au dessous de 60 mm Hg entraîne une hyperventilation alvéolaire, o Alors que l’↑ de la PaO2 au dessus de 100 mm Hg n'affecte pas la ventilation Réponses ventilatoires au pH : o la ↓ du pH plasmatique (ex. acidocétose diabétique) entraîne une hyperventilation alvéolaire. o fait intervenir les chémorécepteurs périphériques. D- Contrôle par le cortex : contrôle volontaire de la ventilation. 3 VI- conclusion : la ventilation est la 1ère étape de la respiration, elle renouvelle l’air des alvéoles. Soumise à une régulation précise permettant de l’adapter aux besoins métaboliques. l’étude des paramètres de la ventilation pulmonaire permet de distinguer 3 grands syndromes en pathologie : o syndrome obstructif : asthme, bronchite chronique - VEMS ↓ - CV normale - Tiffeneau ↓↓ o syndrome restrictif : - VEMS ↓ - CV ↓↓ - Tiffeneau normal o syndrome mixte : - VEMS ↓↓ - CV ↓ - Tiffeneau ↓↓ 4