Physiologie respiratoire
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Physiologie respiratoire Introduction • La principale fonction de l’appareil respiratoire est d’apporter l’oxygène au sang, mais aussi d’éliminer le CO2. L’O2 étant indispensable au fonctionnement des cellules. Au niveau des capillaires pulmonaires : transfert de l’O2 des alvéoles au sang, et transfert du CO2 du sang aux alvéoles. • Ces échanges gazeux n’ont lieu qu’au niveau de la partie distale de l’appareil respiratoire. Introduction • L’appareil respiratoire possède d’autres fonctions, réalisées au niveau de sa partie proximale : • Le conditionnement de l’air inspiré : l’air est nettoyé, filtré, humidifié et réchauffé • Un rôle de défense antimicrobienne (tissu lymphoïde BALT) • Une activité métabolique et endocrine Anatomie • L’appareil pulmonaire (ou appareil thoracopulmonaire) est constitué de 3 éléments : • Les voies aériennes et les poumons • La paroi thoraco-abdominale • La plèvre Anatomie Les voies aériennes • On en distingue 2 types : • les voies aériennes supérieures (ou extrathoraciques) • les voies aériennes inférieures (ou intrathoraciques) Les voies aériennes • Les voies aériennes supérieures : • Les cavités nasales • Le pharynx (carrefour aéro-digestif) • Le larynx (contenant les cordes vocales) • La trachée extrathoracique Les voies aériennes • Les voies aériennes inférieures : Canaux de calibres décroissants • La trachée : débute au niveau du larynx et qui se divise en 2 bronches souches au niveau de la carène • Les 2 bronches souches (droite et gauche) • Les bronches lobaires (rejoignant les lobes pulmonaires) • Les bronches segmentaires (rejoignant les segments des lobes) • Les bronches sous-segmentaires • Les bronchioles • Les bronchioles terminales • Les bronchioles respiratoires • Les canaux alvéolaires • Les alvéoles Les voies aériennes Anatomie • • Le thorax = la cage thoracique constituée de 12 paires de côtes, reliées • en avant au niveau du sternum (pour les 10 premières paires) • en arrière à la colonne thoracique Fermé en dessous par un muscle respiratoire : le diaphragme Anatomie • La plèvre = La séreuse recouvrant les poumons. • Constituée de 2 feuillets continus : • • un feuillet viscéral recouvrant le poumon • un feuillet pariétal qui se reflètent contre la paroi thoracique • séparés par un espace : l’espace pleural Rôle : lubrification permettant les mouvements des poumons contre la paroi lors de la respiration. Physiologie respiratoire • Rappel : Le but de la respiration est d’apporter l’oxygène du milieu extérieur jusqu’à nos cellules pour qu’elles puissent fonctionner. • Pour se faire, il faut 5 ÉTAPES (à bien connaitre et distinguer) : • la ventilation • la diffusion alvéolo-capillaire (passage des gaz du poumon au sang) • le transport des gaz dans le sang • passage des gaz dans le milieu interstitiel • passage des gaz dans la cellule (dans le milieu intra-cellulaire) 1. La ventilation • C’est l’alternance des mouvements d’inspiration et d’expiration. • Elle fait intervenir le muscle respiratoire principal : le diaphragme qui s’abaisse lors de l’inspiration. • Le volume d’air inspiré (= volume courant) va ensuite se diluer dans un volume d’air + grand présent en permanence dans les poumons (= le poumon profond). 1. La ventilation • Le poumon profond Explication : même lorsque l’on vide nos poumons, il reste toujours un certain volume d’air dedans (car nos poumons ne peuvent pas être complètement vides). Ce volume d’air présent en permanence est le poumon profond. Il ne bouge pas, il est dit « non mobilisable ». En résumé, il entre dans nos poumons à la naissance, et part à notre mort. Et lorsque l’on inspire de l’air, cet air « nouveau » va venir se diluer dans le poumon profond. • Il permet l’approvisionnement en continu de notre organisme, bien que l’apport d’air soit discontinu (cad, même lors de l’expiration). • Il représente environ 3L. 1. La ventilation • La pompe respiratoire mobilise environ 8 000 à 20 000 litres d’air par jour. (0,5 L par inspiration, x 12 inspirations par minutes, soit environ 6 L par minutes). 2. La diffusion alvéolocapillaire • Échange de gaz entre les poumons et le sang (détaillé dans la dernière partie du cours) • A lieu à UN SEUL ENDROIT : au niveau de la membrane alvéolo-capillaire = lieu de contact entre les alvéoles et les capillaires pulmonaires. • Phénomène continu (sans interruption) et passif (en fonction d’un gradient de pression partielle du gaz : des hautes vers les basses pressions) • La diffusion n’est possible que pour les gaz solubles comme l’O2 et le CO2. • Les gaz diffusent donc en fonction de leur solubilité et de leur gradient alvéolo-capillaire de pression partielle : • l’hélium est un gaz insoluble, il ne diffuse donc pas à travers la membrane (il ne passe pas dans le sang, il rentre dans nos poumons et ressort directement) • le diazote est très peu soluble, donc diffuse très mal • pour l’O2 : 500 à 700 L passent par jour des alvéoles au sang • pour le CO2 : idem, mais dans le sens inverse 3. Transport des gaz dans le sang • Les gaz, dans le sang, peuvent se trouver sous 2 formes : • sous forme dissoute (forme minoritaire (1% de l’O2 et 5% du CO2), mais importante car c’est la seule forme responsable de la pression partielle) • sous forme combinée : forme majoritaire • à l’hémoglobine pour l’oxygène (dans les globules rouges) • à diverses protéines pour le CO2 4. Passage dans le milieu interstitiel • Pour nous situer : les gaz sont donc passés des poumons au sang. Ils vont « voyager » dans le sang dans le but de se rendre aux différentes cellules de l’organisme. • À bien comprendre : le trajet expliqué est celui de l’O2 (des poumons aux cellules), le CO2 lui a le trajet inverse car il doit être éliminé (donc il chemine des cellules aux poumons) → Les étapes sont les mêmes, mais l’ordre est inversé. • Pour passer du sang aux cellules, ils doivent donc traverser 2 membranes : • La membrane du capillaire pour passer dans le milieu interstitiel. • La membrane plasmique pour se retrouver enfin dans le milieu intracellulaire. 4. Passage dans le milieu interstitiel 1ère membrane 2ème membrane 4. Passage dans le milieu interstitiel • Les gaz sortent des capillaires sanguins pour gagner le milieu interstitiel (pour l’O2). Le CO2 lui fait le trajet inverse. • N’est pas étudiable en pratique. 5. Passage dans le milieu intra-cellulaire • Passage des gaz du milieu interstitiel au milieu intra-cellulaire. • L’ensemble des cellules consomme 500 à 700 L d’O2 par jour et autant de CO2 rejeté. • À chaque étape, les mêmes quantités d’O2 et de CO2 sont donc distribuées. Le rapport ventilation/perfusion • L’échange alvéole-capillaire se fait à l’interface air/sang. • Il y a donc 2 fonctions physiologiques impliquées : • La ventilation : qui permet d’apporter l’air • La perfusion : qui permet d’apporter le sang Le rapport ventilation/perfusion • Pour que le passage des alvéoles au sang soit optimal, il faut que les zones d’échange soient à la fois bien ventilées ET bien perfusées. • Ce rapport ventilation/perfusion est exprimé sous la forme : Le rapport ventilation/perfusion • Petite précision Pour les abréviations : • • un « A » signifie « alvéolaire » • un « a » signifie « artériel » Exemple : PAO2 = pression partielle en O2 au niveau alvéolaire PaO2 = pression partielle en O2 au niveau du sang artériel Le rapport ventilation/perfusion • Ce rapport ventilation/perfusion doit toujours être égal à 0,8 pour que les échanges soient optimaux. • Tout ce qui entraine une modification de la ventilation entrainera une modification de la perfusion pour égaliser le rapport, et inversement. • Phénomène d’auto-régulation • Important : • tout ce qui concerne l’O2 contiendra « oxi » • tout ce qui concerne le CO2 contiendra « capni » Le rapport ventilation/perfusion • Si diminution de la ventilation (ex : présence d’un corps étranger dans une bronche) : • il y a une diminution de l’apport d’O2 aux alvéoles (diminution de la PAO2) et une diminution de l’élimination du CO2 (augmentation de la PACO2) • donc il y a une diminution du transfert des gaz au travers de la membrane (donc diminution de la PaO2 et une augmentation de la PaCO2) → situation d’hypoxie et d’hypercapnie • l’organisme va donc chercher à rééquilibrer le rapport en diminuant la perfusion et en augmentant la ventilation. Il va donc diminuer le calibre des vaisseaux pour diminuer l’apport sanguin → on parle de vasoconstriction hypoxique Et augmenter le calibre des bronches → on parle de bronchodilatation hypercapnique Le rapport ventilation/perfusion • Si augmentation de la ventilation (ex : efforts, stress) : • il y a une augmentation de l’apport d’O2 aux alvéoles (augmentation de la PAO2) et une augmentation de l’élimination du CO2 (diminution de la PACO2) • donc il y a une augmentation du transfert des gaz au travers de la membrane (donc augmentation de la PaO2 et une diminution de la PaCO2) → situation d’hyperoxie et d’hypocapnie • l’organisme va donc chercher à rééquilibrer le rapport en augmentant la perfusion et en diminuant la ventilation. Il va donc augmenter le calibre des vaisseaux pour augmenter l’apport sanguin → on parle de vasodilatation hyperoxique Et diminuer le calibre des bronches → on parle de bronchoconstriction hypocapnique Le rapport ventilation/perfusion • S’il y a un manque de perfusion dû à une embolie pulmonaire (= un vaisseau pulmonaire qui se bouche), alors il y a une augmentation réflexe de la ventilation (les gens vont hyperventiler). • Conclusion : Chez le sujet sain, il y a de nombreux mécanismes qui permettent un ajustement très fin et réciproque de la ventilation et de la perfusion. La membrane alvéolecapillaire • Elle correspond à l’interface entre les alvéoles et le sang des capillaires pulmonaires. Elle sépare la phase gazeuse (l’alvéole) de la phase liquide (le sang). La membrane alvéolecapillaire • Cette membrane doit être la + fine possible (pour faciliter la diffusion des gaz) et la + grande possible (pour toucher un maximum de territoires). • Elle doit donc avoir une certaine stabilité pour ne pas se rompre. • Sa surface varie de 80 à 140m2 (surface représentant environ un court de tennis). • Sa stabilité est due aux tissus conjonctifs de soutien ainsi qu’au sursautant (voir après). La membrane alvéolecapillaire • Rappels : L’alvéole : • correspond à la partie la + distale de l’arbre respiratoire = lieu des échanges gazeux • est un petit sac d’air de 250µm de diamètre • possède une paroi fine (septa = paroi séparant 2 alvéoles) qui contient les capillaires pulmonaires La membrane alvéolecapillaire • Dans l’alvéole se trouvent 3 types de cellules : • les pneumocytes de type I (aplatis, en forme d’oeufs sur le plat) • les pneumocytes de type II (grosses cellules) qui sécrètent le surfactant pulmonaire • les macrophages alvéolaires La membrane alvéolecapillaire • Les pneumocytes de type I sont très aplatis et répartis tout le long de la membrane de l’alvéole (ces cellules recouvrent 95% de la surface de l’alvéole). La membrane alvéolecapillaire • Le surfactant pulmonaire est un film dit « tensioactif » sécrété par le pneumocyte de type II et qui tapissent la face interne de l’alvéole. Il permet de réduire la tension de surface et ainsi d’éviter que les alvéoles ne se collabent entre elles. • Pathologie : Ce surfactant pulmonaire est sécrété par le foetus à partir de la 23e semaine de grossesse. Ce qui fait que les grands prématurés ne le possèdent pas, leur causant une insuffisance respiratoire. C’est la maladie des membranes hyalines. La membrane alvéolecapillaire • Pour passer de l’alvéole au sang, l’oxygène doit donc traverser plusieurs couches successives (6 au total, à bien connaitre !) : 1. le surfactant pulmonaire (qui on le rappelle tapisse la face interne de l’alvéole) 2. les pneumocytes de type I (qui tapissent 95% de la surface de l’alvéole) 3. la membrane basale de l’épithélium alvéolaire (sur lequel repose l’alvéole) 4. le tissu interstitiel séparant l’alvéole des capillaires sanguins 5. la membrane basale des capillaires 6. la membrane plasmique de la cellule endothéliale constituant le capillaire Rappel:
