MODULE 4 : LE SYSTEME RESPIRATOIRE
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MODULE 4 : LE SYSTEME RESPIRATOIRE Objectif intermédiaire : Expliquer les fonctions du système respiratoire d’un point de vue anatomique et physiologique dans le Durée : 22 hrs corps humain en recherche d’équilibre Objectifs d’apprentissage Contenu Activités pédagogiques Évaluation formative ♦Identifier les structures anatomiques et l’organisation du système respiratoire Voies respiratoires supérieures, voies respiratoires inférieures (arbres bronchiques). Labo 7 : Anatomie du système respiratoire Labo 10 : Dissection du cœur-poumon Identification sur modèle et organes frais ♦Décrire la fonction des différents organes du système respiratoire ainsi que leurs caractéristiques physiologiques. Mécanisme de la respiration, échanges gazeux, transport des gaz respiratoires Exposé informel, schématisation, lecture Labo 8 : Saturométrie Labo 9 : Spirométrie Exercice ♦Distinguer les mécanismes et conditions à l’homéostasie du corps humain en lien avec le système respiratoire ♦Relier un déséquilibre biologique et le fonctionnement du respiratoire Mécanismes de régulation de la respiration. Signes et symptômes, processus et manifestations physiologiques des déséquilibres et complications possibles. En lien avec les pathologies suivantes : pneumothorax et MPOC Exposé informel, lecture Mise en situation Mise en situation Exposé informel, lecture Mise en situation Mise en situation Évaluation sommatives Tâche Répondre à des questions sur l’organisation générale du corps humain et à des mises en situation permettant d’expliquer les fonctions du système respiratoire d’un point de vue anatomique et physiologique dans le corps humain en recherche d’équilibre Anatomie et physiologie 1 Critères d’évaluation Reconnaissance exacte de la fonction et des caractéristiques des éléments constituants le système Mise en relation pertinente du fonctionnement du système et d’un déséquilibre biologique associé Utilisation juste de la terminologie des sciences de la santé Conditions réalisation Individuellement, en classe, durant deux heures, sans les notes de cours Module 3 Système respiratoire % 15% (Modules 3 et 4) 105 Fonctions et Anatomie À lire : À faire : Marieb, Biologie humaine, pages 468 à 476 Marieb, Cahier d’activités, page226 à 229, #2, 5 et 7 (sous question 1 à 5) Les milliards de cellules de l'organisme ont besoin d'un apport continuel d'oxygène pour accomplir leurs fonctions vitales. Les cellules, en consommant l'oxygène, libèrent du gaz carbonique. Complétez la formule de la combustion cellulaire : (1) + oxygène ⇒ (2) + dioxyde de carbone + eau a) (1)= Aliments (2)= Énergie c) (1)= Énergie (2)= Azote b) (1)= Azote (2)= Aliments d) (1)= Aliments (2)= Azote À partir de ce constat, quelle est la fonction du système respiratoire ? Mettre en ordres les différentes structures par lesquelles passe l’air de l’extérieur vers l’intérieur ? Larynx Bronchioles Oropharynx Alvéoles Nasopharynx Trachée Laryngopharynx Bronches Nez (cavités nasales) Pour chacun des éléments structuraux précédents, décrivez en quelques mots le rôle de chacun ? Anatomie et physiologie 1 Module 3 Système respiratoire 106 Discutez de l’influence de la fumée de tabac sur l’activité des organes de la respiration ? Sur les images suivantes, identifiez les structures anatomiques a à q ? Anatomie et physiologie 1 Module 3 Système respiratoire 107 Anatomie et physiologie 1 Module 3 Système respiratoire 108 LABORATOIRE 7 : ANATOMIE DU SYSTEME RESPIRATOIRE Buts • Identifier les structures anatomiques du système respiratoire • Identifier et organiser les organes du système respiratoire Matériel • Mannequin et modèle À lire : À faire : À voir : Marieb, Biologie humaine, pages 468 à 476 Marieb, Cahier d’activités, pages 227 à 230, #4, 7 (image) et 8 http://www.biologieenflash.net/sommaire.html (Exercices, système respiratoire) Théorie L’anatomie du système respiratoire se divise en 3 portions, les voies respiratoires supérieurs, les voies respiratoires inférieures et les poumons. Cependant, on le divise en 2 zones fonctionnelles : 1, ce sont les voies respiratoires, les conduits qui acheminent l’air. 2- , c’est le siège des échanges gazeux. Les organes du système respiratoire sont : Pour chacun, indiquez à quelle zone il appartient. Anatomie et physiologie 1 Module 3 Système respiratoire 109 Associez les structures trouvées précédemment aux définitions suivantes ? a) Seule partie visible extérieurement du système respiratoire dont les fonctions sont de fournir un passage, humidifier, filtrer et réchauffer l'air inspire en plus d'abriter les récepteurs olfactifs b) Structure en forme d'entonnoir, qui relie les entées au larynx et à l'œsophage, dont la paroi est entièrement composée de tissu musculaire. c) Partie nasale du pharynx, qui ne reçoit que de l'air, car pendant la déglutition, la luette s’élève, fermant son entrée. d) Partie orale du pharynx dans laquelle circule l'air et les aliments. e) Partie terminale du pharynx, qui transporte l'air et les aliments et s'étend jusqu'au larynx (voies respiratoires) et l'œsophage (voie digestive) f) Structure formée d’anneaux de cartilage spécialisée, qui assume 3 fonctions, fournir un passage à l'air, aiguiller l'air et les aliments dans les conduits appropriés et permettre la phonation avec l'aide des cordes vocales g) Premier cartilage dans le larynx qui ressemble à une cuillère, à l’inspiration, il se soulève, laissant pénétrer l'air. Lors de la déglutition, il s'incline, fermant le larynx et dirigeant les aliments et les liquides dans l'œsophage. h) Replis muqueux dans le larynx, qui en vibrant sous l'impulsion de l'air des poumons, émettent des sons. Les muscles du larynx modifient leur longueur déterminant, en partie, la hauteur des sons. i) Ouverture entre les replis muqueux dans le larynx par où l’air passe. j) Structure qui est composée de cartilages, de muqueuse et de cils. Ces cils propulsent continuellement le mucus chargé de poussières et de débris en direction du pharynx. Anatomie et physiologie 1 Module 3 Système respiratoire 110 k) Partie du système respiratoire qui se divise en 2, la zone de conduction et la zone respiratoire l) Structures formées par la division de la trachée qui se dirigent obliquement vers les poumons et se divisent en conduits de plus en plus petits. m) Conduits de la zone de conduction, qui mesurent moins de 1 mm de diamètre. n) Cavités où s'effectuent les échanges gazeux, dont la paroi est formée d'une seule couche de cellules, la barrière air - sang. o) Organes (2) localisés dans la cavité thoracique, bornés par les côtes, la clavicule et le diaphragme, dont la majeure partie est constituée par les alvéoles. p) Vaisseaux sanguins qui apportent le sang, provenant du cœur aux poumons. q) Vaisseaux sanguins qui dirigent le sang, des poumons vers le cœur. r) Enveloppe composée de 2 feuillets qui recouvre les poumons et délimite la cavité pleurale. Anatomie et physiologie 1 Module 3 Système respiratoire 111 Manipulations Sur les modèles anatomiques, identifiez les structures suivantes : Voies respiratoires supérieures Cavités nasales Oropharynx Luette (uvule palatine) Cordes vocales Trachée Larynx Amygdales pharyngées Amygdales linguales Voies respiratoires inférieures Bronches principales Bronches segmentaires ou tertiaires Lobes plumonaires droits (3) Artères pulmonaires Muscles de la ventilation Inspiratoin : Intercostaux externes Sterno-cléido-mastoïdiens Expiratoire forcée (actif) Intercostaux internes Obliques externes Nasopharynx Laryngopharynx Épiglotte Cartilage thyroïde Cartilage cricoïde Glotte Amygdales palatines Bronches lobaires ou secondaires Poumon droit et gauche Lobes pulmonaires gauches (2) Veines pulmonaires diaphragme scalènes Droits de l’abdomen Anatomie squelettique liée au système respiratoire Clavicules Omoplate (scapulas) Sternum Cartilage costal Vraies côtes (1 à 7) Fausses côtes (8 à 12) Côtes flottantes (11 et 12) Vertèbres thoraciques (T1 à T12) Anatomie et physiologie 1 Module 3 Système respiratoire 112 Un peu de pratique 1- Les poumons sont entourés d’une membrane formée de deux feuillets. Cette membrane s'appelle: a) L'alvéole b) La plèvre c) Le diaphragme d) Les côtes 2- Quel chemin emprunte l’air pour se rendre aux poumons? a) Fosses nasales – pharynx – trachée – bronches - poumons b) Fosses nasales – bronches - pharynx – trachée - poumons c) Fosses nasales – trachée – bronches - pharynx - poumons d) Fosses nasales – pharynx – bronches - trachée - poumons 3- Je suis le liquide qui se retrouve entre les 2 plèvres 4- Je suis le gros tuyau placé devant l’œsophage 5- Je suis la structure où sont localisée les cordes vocales 6- Identifiez les structures des images suivantes : http://anatomie.iquebec.com/quisuisje.html Anatomie et physiologie 1 Module 3 Système respiratoire 113 http://www.biologieenflash.net/ Évaluation Un test anatomique aura lieu au prochain laboratoire Anatomie et physiologie 1 Module 3 Système respiratoire 114 Mécanisme de la respiration À lire : À faire : À voir : Marieb, Biologie humaine, pages 475 à 478 Marieb, Cahier d’activités, page 231 #9 http://www.biologieenflash.net/sommaire.html (du système respiratoire à l’alvéole) http://www.edumedia-sciences.com/fr/a385-echanges-gazeux (au cégep via outils biblio) Les échanges gazeux ou respiration, fonction du système respiratoire, s’effectuent en faisant intervenir quatre processus : a) Transport des gaz b) Respiration interne c) Ventilation pulmonaire d) Respiration externe Associez le processus à sa définition ? 1- La circulation de l'air dans les poumons 2- Échange gazeux entre le sang et les poumons 3- Migration de l’oxygène et du gaz carbonique entre les poumons et les cellules. 4- Échange gazeux entre le sang et les cellules Seuls les processus Les autres relèvent directement du système respiratoire. sont attribuables au système Zone d’échange http://www.rirlorraine.org/rirlor/jsp/site/Portal.jsp?page_id=81 Anatomie et physiologie 1 Module 3 Système respiratoire 115 Les pressions À lire : À faire : Marieb, Biologie humaine, page Marieb, Cahier d’activités, page 232 #10 Pour bien comprendre la mécanique respiratoire, il est essentiel de saisir le principe des pressions de gaz. Les pressions respiratoires sont toujours exprimées par rapport à la pression atmosphérique, (Patm) soit 760mmHg ou 1 atm. La Patm est la pression qu’exerce l’aire, un mélange de gaz, au niveau de la mer. Une pression respiratoire est inférieure à la pression atmosphérique Une pression respiratoire est supérieure à la pression atmosphérique Une pression respiratoire égale à 0 est à la pression atmosphérique Les pressions qui existent dans la cavité thoracique - : Pression qui règne à l’intérieur des alvéoles, elle varie suivant les phases de la respiration pour tente de revenir à la Patm - : Pression qui règne dans la cavité pleurale, elle varie selon les phases de la respiration mais elle est négative par rapport à la Patm L’établissement de la pression négative est possible pour 2 raisons. Premièrement les poumons ont une tendance naturelle à vouloir se rétracter. Deuxièmement, la tension superficielle dans les alvéoles qui fait prendre la dimension la plus petite. À l’inverse, l’attachement des poumons dans la cavité thoracique grâce aux plèvres et leur attachement ensemble exerce une force inverse qui crée la pression négative. Patm : Palv : Pip : http://www.colvir.net/prof/chantal.proulx/702/chapitre2b.htm Anatomie et physiologie 1 Module 3 Système respiratoire 116 Ventilation pulmonaire À lire : À faire : À voir : Marieb, Biologie humaine, page Marieb, Cahier d’activités, page 232 et 233 #11, 12, 13 et 14 http://www.biologieenflash.net/sommaire.html (Ventilation pulmonaire) Pour comprendre le principe de la ventilation pulmonaire, mettre en relation ces trois éléments en complétant le texte suivant : 1- Variations de volume 2- Variations de pression 3- Écoulement des gaz La ventilation est un processus entièrement mécanique qui repose sur produisant dans la cavité thoracique. Les provoquent se engendrent des , qui et les gaz circulent de manière à égaliser la pression. Voici une illustration de la loi de Boyle Mariotte, P1V1 = P2V2 La ventilation pulmonaire, comprend 2 phases - : Période pendant laquelle l'air entre dans les poumons - : Période pendant laquelle les gaz sortent des poumons L'inspiration Le principe de l’inspiration est le fait qu’en augmentant le volume d'un contenant possèdent une ouverture unique, on diminue par le fait même la pression qui y règne ce qui fait pénétrer l'air. - Le se contracte (il s'abaisse et s'aplatit), ce qui augmente la hauteur de la cavité thoracique. - La contraction des élève la cage thoracique et pousse le sternum vers l'avant, ce qui augmente le diamètre du thorax - L’augmentation de volume de la cavité thoracique étire les poumons et provoque une de pression intra-alvéolaire favorisant l'entrée d'air Palv < Patm, pour équilibrer la Palv avec la Patm. Anatomie et physiologie 1 Module 3 Système respiratoire 117 Lors des inspirations profondes ou forcées, l'activation de muscles accessoires (muscles scalènes, sterno-cléïdo-mastoïdiens et pectoraux) à la respiration augmente encore plus le volume de la cage thoracique, ce qui fait entrer plus d’air. L'expiration L’expiration est un processus passif provoqué par l'élasticité des poumons et non par une contraction musculaire. - Quant se relâchent, la cage thoracique s'abaisse et les poumons se rétractent. Les volumes thoracique et pulmonaire - Les dans les poumons rétractés sont alors comprimées. Ce qui provoque une de pression intra-alvéoraire, Palv > Patm. Pour équilibrer les pressions, les gaz vont des poumons. Lors des expirations forcées, le processus est actif, c'est la contraction des muscles de la paroi abdominale (oblique externe et interne et transverse de l'abdomen) qui accroît la pression intra-abdominale et abaisse la cage thoracique. La ventilation pulmonaire est influencée par plusieurs facteurs physiques. Lors de la respiration, le passage de l'air demande une certaine dépense d'énergie pour surmonter les diverses résistances qui s'y opposent : Nommez et expliquez en vos mots, ou à l’aide d’exemple, les résistances qui s’opposent au passage de l’air et à la ventilation pulmonaire : 1- 2- 3- Il existe des mouvements non respiratoires, voir pages 478 et 479. Anatomie et physiologie 1 Module 3 Système respiratoire 118 1- L’inspiration est un processus 2- Mouvement de l'entrée de l'air dans le corps 3- Durant l'expiration, quelle structure se soulève? 4- Vrai ou Faux, le mécanisme de la respiration est une combinaison de l’action des muscles intercostaux, du diaphragme et des côtes 5- Vrai ou Faux, durant l’expiration, les côtes s’abaissent, le diaphragme remonte, le volume de la cage thoracique diminue 6- Vrai ou Faux, l’expiration est un processus passif Anatomie et physiologie 1 Module 3 Système respiratoire 119 Volume respiratoire À lire : Marieb, Biologie humaine, pages 478 et 480 À faire : Marieb, Cahier d’activités, page 234, # 15 et 16 À voir : http://cours.cegep-st-jerome.qc.ca/101-902-m.f/bio902/Respiratoire/volumesrespiratoires.htm La quantité d'air inspirée et expirée varie substantiellement suivant les conditions qui entourent la ventilation. Ce qui nous permet de mesurer divers volumes respiratoires dont les combinaisons ou les sommes sont appelées capacités respiratoires. Ces données révèlent l'état respiratoire. Associez le volume ou la capacité avec les définitions appropriées et indiques l’abréviation : Capacité pulmonaire totale, Volume de réserve inspiratoire, Ventilation minute, Capacité résiduelle fonctionnelle, Volume expiratoire maximal-seconde Volumes et capacités respiratoires Volume courant, Volume de réserve expiratoire, Capacité vitale forcée Capacité vitale, Abréviations Capacité inspiratoire, Volume résiduel, Espace mort anatomique, Ventilation alvéolaire Fréquence respiratoire Définitions Quantité d’air mobilisée à chaque cycle respiratoire pendant une respiration normale. Quantité d’air maximale pouvant être inspirée lors d’une inspiration profonde. Quantité d’air maximale pouvant être rejetée lors d’une expiration profonde Quantité d’air se trouvant dans les poumons à la fin d’une expiration forcée, impossible à expirer, aide à maintenir les alvéoles ouvertes. Quantité d’air maximale contenue dans les poumons après un effort inspiratoire, la somme de VC, VRI, VRE et VR. Quantité d’air totale expirée après un effort inspiratoire, la somme de VC, VRI et VRE. Quantité d’air totale inspirée après une expiration normale, la somme de VC et VRI Quantité d’air qui reste dans les poumons après une expiration normale, la somme de VRE et VR Quantité d’air présent dans la zone de conduction et qui ne contribue jamais aux échanges gazeux dans les alvéoles Anatomie et physiologie 1 Module 3 Système respiratoire 120 Volumes et capacités respiratoires Abréviations Définitions Quantité d’air totale inspirée et expirée en une minute lors d’une respiration normale, VR multiplié par la fréquence respiratoire. Quantité d’air expulsée lors d’une inspiration forcée et d’une expiration complète et rapide. Quantité d’air expulsée au cours d’intervalle précis (1 seconde) de la capacité vitale forcée Efficacité respiratoire, la fraction de volume d’air inspiré qui contribue au échange, soit la fréquence multiplié par la différence entre le volume courant et l’espace mort anatomique. Nombre de respirations par minute Anatomie et physiologie 1 Module 3 Système respiratoire 121 LABORATOIRE 8 : SPIROMETRIE Buts • Expliquer et comparer les divers volumes et capacités pulmonaires •Déterminer l’importance de la spirométrie dans l’évaluation des fonctions respiratoires Matériel • Volume de référence • Spiromètre À lire : Marieb, Biologie humaine, pages 478 à 480 À faire : Marieb, Cahier d’activités, pages 234, # 15 et 16 À voir : http://cours.cegep-st-jerome.qc.ca/101-902-m.f/bio902/Respiratoire/volumesrespiratoires.htm http://www.spirometrie.info/spirometrie.html Théorie L’étude de la fonction pulmonaire mesure le volume des poumons et le début d’air. Ces résultats servent à diagnostiquer les maladies pulmonaires, à surveiller la progression d’une maladie, à évaluer les incapacités et à connaître les réactions aux bronchodilatateurs. On effectue cette étude à l’aide d’un spiromètre. Le spiromètre est un appareil de mesure de la fonction pulmonaire en circuit fermé. Il se compose d’un réservoir d’air constitué d’une cloche mobile à laquelle est fixée une plume qui inscrit les mouvements respiratoires. Un tambour entraine le papier enregistreur à une vitesse constante. Pour cette expérience, nous utiliserons une vitesse où le papier avance de plusieurs espaces verticaux par minutes. Le principe de l’appareil est le suivant : - Lorsque nous inspirons, la cloche descend proportionnellement au volume d’air inspiré et la plume inscrit alors une ligne verticale descendante. - À l’expiration, l’air est retourné dans la cloche et la plume inscrit alors une ligne verticale montante proportionnellement au volume d’air expiré excluant le volume de gaz carbonique absorbé. Anatomie et physiologie 1 Module 3 Système respiratoire 122 Activité préparatoire Compléter le formatif suivant avant la séance de laboratoire 1- Définissez les volumes respiratoires suivants, et pour chacun donnez les valeurs moyennes chez l’homme et la femme adulte (ml) : a) Volume courant : Valeurs moyenne, homme adulte : femme adulte : b) Volume de réserve inspiratoire: Valeurs moyenne, homme adulte : femme adulte : c) Volume réserve expiratoire: Valeurs moyenne, homme adulte : femme adulte : d) Volume résiduel: Valeurs moyenne, homme adulte : femme adulte : 2- Quelle est l’importance du volume résiduel au niveau de la fonction respiratoire ? 3- Quel est le nom général donné aux combinaisons de certains volumes respiratoire ? Anatomie et physiologie 1 Module 3 Système respiratoire 123 4- Définissez les capacités respiratoires suivantes, et pour chacun donnez les valeurs moyennes chez l’homme et la femme adulte (ml) et la combinaison des volumes respiratoires qui les constitues ? a) Capacité inspiratoire : Valeurs moyenne, homme adulte : femme adulte : Combinaison : b) Capacité résiduelle fonctionnelle : Valeurs moyenne, homme adulte : femme adulte : Combinaison : c) Capacité vitale : Valeurs moyenne, homme adulte : femme adulte : Combinaison : a) Capacité pulmonaire : Valeurs moyenne, homme adulte : femme adulte : Combinaison : 5- Définissez et établissez une distinction entre les trois termes suivants, espace mort anatomique, espace mort alvéolaire et espace mort total ? Anatomie et physiologie 1 Module 3 Système respiratoire 124 6- Identifiez les volumes ou capacités sur le spirogramme idéalisé suivant : Capacité pulmonaire totale, Volume de réserve inspiratoire, Capacité résiduelle fonctionnelle, Volume courant, Volume de réserve expiratoire, Capacité vitale, Capacité inspiratoire, Volume résiduel, http://coproweb.free.fr/pagphy/physioan/figures/figch3/f3_54.gif Anatomie et physiologie 1 Module 3 Système respiratoire 125 Expérimentation Pendant les prises de données, les équipes en attente mettent en commun les informations recueillies pour l’épreuve formative. Le professeur ‘assurera que le travail a été complété selon les consignes. Préparation L’expérimentation se fait en équipe de 2. Un des membres de l’équipe est le patient et l’autre le technicien. Le patient s’assure de bien comprendre la procédure du test, il est assis et calme. Le coéquipier technicien s’assure de bien comprendre la procédure à l’aide du professeur ou du technicien de laboratoire. Prise de données Attention, les tracés sont inversés sur la figure du volume par rapport aux tracés de votre expérimentation. 1- Attendre que le professeur ou du technicien de laboratoire, ajuste l’appareil avant de débuter. 2- Le coéquipier patient s’installe assise, à l’aise et calme. Il place l’embout de l’appareil dans sa bouche. 3- Le coéquipier technicien donne les instructions au patient a. Respire normalement 3 à 4 respirations basales normales b. (après une inspiration normale) Fait une expiration forcée et reviens à une respiration normale pour 3 ou 4 respirations c. (après une expiration normale) fait une inspiration forcée et reviens à une respiration normale pour 3 ou 4 respirations. d. (après une respiration normale) fait une respiration forcée et reviens à une respiration normale 4- Une fois le tracé spirométrique terminé, prendre le tracé et faire les mesures. Anatomie et physiologie 1 Module 3 Système respiratoire 126 Calculs des volumes et capacités respiratoires Les chiffres imprimés sur la feuille représentent les déplacements de la cloche en millimètres. Chaque espace horizontal correspond à 2mm. Les lignes verticales délimitent le temps Pour trouver les volumes d’air déplacés, il faut multiplier le déplacement de la cloche (hauteur des pics) par un facteur de conversion correspondant au ml d’air déplacé pour chaque mm de déplacement de la cloche. Facteur de conversion : 37,86ml/mm de déplacement. 1- Pour calculer le volume courant (Vc) a. Tracer deux lignes parallèles moyennes sur les sommets des pics du haut et du bas correspondant à des respirations normales, en choisissant un endroit où le tracé est le plus régulier. b. Mesurer le volume d’une respiration normale en calculant la différence entre un point a (sur la ligne parallèle supérieure) et un point b (sur la ligne parallèle inférieure) au niveau d’une même ligne verticale. c. Multiplier cette valeur (mm de déplacement) par le facteur de conversion. Inscrire les calculs et la valeur trouvée (arrondie à l’unité) dans le tableau des résultats. 2- Pour calculer le volume de réserve expiratoire (VRE) a. Choisir le pic correspondant au mouvement expiratoire forcé (point c) b. Faire ensuite la différence entre ce point et la valeur indiquée sur la ligne parallèle supérieure correspondante (point d) c. Inscrire les calculs de conversion et la valeur dans le tableau des résultats 3- Pour calculer le volume de réserve inspiratoire (VRI) a. Choisir le pic correspondant au mouvement inspiratoire forcé (point e) b. Faire ensuite la différence entre ce point et la valeur indiquée sur la ligne parallèle inférieure correspondante (point f) c. Inscrire les calculs de conversion et la valeur dans le tableau des résultats 4- Pour calculer la capacité vitale (CV) a. On calcule la capacité vitale en mesurant le volume maximal d’air déplacé lors d’une respiration forcée. Pour ce faire, vous devez utiliser le tracé produit lors de vos mouvements respiratoires forcés b. Faire ensuite la différence entre le point correspondant au sommet du tracé (point g) et le point correspondant è la base de ce tracé (point h) c. Inscrire les calculs de conversion et la valeur dans el tableau des résultats. Anatomie et physiologie 1 Module 3 Système respiratoire 127 http://pagesperso-orange.fr/aresub/medecinesubaquatique/medecineplongee/dematteo/physioapnee1.htm Anatomie et physiologie 1 Module 3 Système respiratoire 128 Résultats, analyse et interprétation Tableau des résultats Volumes et capacités Calculs Volume courant (VR) (a-b)*37,86ml/mm Volume de réserve expiratoire (VRE) (c-d)*37,86ml/mm Volume de réserve inspiratoire (VRI) (f-e)*37,86ml/mm Volume résiduel (VR) Valeur fixe Capacité vitale (CV) (g-h)*37,86ml/mm Volume de l’espace mort anatomique (EMA) 2,2ml par Kg de masse corporelle ou 1,0ml par lb Capacité inspiratoire (CI) VC+VRI Capacité résiduelle fonctionnelle (CRF) VRE+VR Volume fonctionnel (VF) VC-EMA Fréquence respiratoire (fr) #pic/min. Ventilation alvéolaire (VA) fr*VF Anatomie et physiologie 1 Module 3 Système respiratoire Valeurs théoriques (ml) Résultats expérimentaux (ml) 1200ml 129 En se servant des références théoriques, des valeurs expérimentales et du spirogramme, répondre aux questions suivantes : 1- Quels sont les capacités et volumes respiratoires qui sont les plus affectés par les troubles respiratoires suivants ? Expliquez pourquoi ce sont ces valeurs qui sont modifiées ? a. La tuberculose b. La bronchite chronique 2- Définissez la ventilation - minute, et calculez cette valeur à partir de vos données expérimentales ? Votre valeur est-elle comparable à la valeur théorique ? Sinon, donnez une explication logique pouvant expliquer cette différence ? Définition : Valeur théorique : Calcul : Explication différence : 3- Définissez la ventilation alvéolaire et calculez cette valeur à partir de vos données expérimentales ? Votre valeur est-elle comparable à la valeur théorique ? Pourquoi la ventilation alvéolaire constitue-t-elle un meilleur indicateur de la ventilation réelle ? Définition : Valeur théorique : Calcul : Pourquoi meilleur indicateur: Anatomie et physiologie 1 Module 3 Système respiratoire 130 4- Un patient ayant une respiration rapide (fréquence) et superficielle (faible amplitude) va-t-il avoir une ventilation alvéolaire plus importante ou moins importante ? Justifier votre réponse par un exemple concret ? 5- Définissez la capacité vitale forcée (CVF) et le volume expiratoire maximal seconde (VEMS) ? À partir de vos données expérimentales, établissez votre CVF et calculez votre VEMS1 ? Définition CVF : Définition VEMS : Valeur théorique : Calcul : 6- Quelle est l’importance du rapport entre le VEMS1 et le CVF (coefficient de Tiffeneau) (VEMS/CVF*100) dans l’évaluation des maladies pulmonaires obstructives et restrictives ? 7- Quels sont les facteurs qui vont modifier positivement et négativement la ventilation alvéolaire ? Évaluation Vous devez remettre les calculs et le questionnaire à la fin du laboratoire. Anatomie et physiologie 1 Module 3 Système respiratoire 131 Propriétés des gaz À voir : http://www.youtube.com/watch?v=8yU5y-cFXoo&NR=1 Loi de Dalton Loi de Henry Anatomie et physiologie 1 Module 3 Système respiratoire 132 Échange gazeux et transport des gaz À lire : Marieb, Biologie humaine, pages 480 et 481 À faire : Marieb, Cahier d’activités, page 235, #17 et 18 À voir : http://www.biologieenflash.net/animation.php?ref=bio-0001-1 http://www.colvir.net/prof/chantal.proulx/702/chapitre2b.htm (Échanges O2CO2) http://www.colvir.net/prof/chantal.proulx/702/chapitre2b.htm#echanges Pendant la respiration externe, dans les poumons, l'oxygène entre dans le sang et le gaz carbonique en sort. Ces 2 gaz font le trajet inverse dans les tissus, c’est la respiration interne. Respiration externe La respiration externe est représentée par les échanges gazeux dans les poumons. L'oxygène entre dans le sang qui passe d’un rouge sombre à une couleur écarlate. Le changement de couleur est du à la fixation de l'oxygène à l'hémoglobine des globules rouges. Par la suite ce sang retourne au cœur gauche où il est distribué à tous les tissus par les artères systémiques. Ces mouvements de l'oxygène et du gaz carbonique entre le sang et les alvéoles (alvéolo-capillaire) sont influencés par plusieurs facteurs, 1- La structure de la membrane alvéolo - capillaire, Cellule endothéliale Pores interalvéolaires Anatomie et physiologie 1 Module 3 Système respiratoire 133 2- les gradients de pression et la solubilité des gaz 3- la synchronisation ou couplage entre la ventilation et la perfusion sanguine Ventilation Perfusion PO2 alvéole PCO2 alvéole Artérioles pulmonaires Conséquences Diminution Augmentation Anatomie et physiologie 1 Module 3 Système respiratoire 134 Transport des gaz respiratoires dans le sang L'oxygène est transporté dans le sang de 2 façons, - (98,5%) - (faible moins de 1,5%) Une fois arrivé à destination, l'oxygène est libéré vers les cellules des tissus La vitesse à laquelle l’hémoglobine capte ou libère l’O2 dépend de Anatomie et physiologie 1 Module 3 Système respiratoire 135 Dans des conditions normales, les cellules produisent environ 200mL de CO2 (gaz carbonique) par minute, soit le volume que les poumons éliminent. Ce gaz est transporté sous 3 formes - (7 à 10%) - (20 à 30%) - (60 à 70%) Respiration interne La respiration interne est représentée par les échanges gazeux dans les tissus, où l'oxygène quitte le sang vers les cellules et que le gaz carbonique prend le chemin inverse. Ces mouvements sont possibles grâce aux gradients de pression et à la diffusion, inversés par rapport à la respiration externe. Un peu de pratique… 1- Quelle substance passe des capillaires sanguins aux alvéoles ? a) l'azote b) L'oxygène c) Le CO2 d) La nicotine 2- Quelle substance passe des alvéoles aux capillaires sanguins? a) l'azote b) L'oxygène c) Le CO2 d) La nicotine 3- Au niveau de quelle structure s’effectuent les échanges gazeux entre le sang et l'air a) L'alvéole b) La plèvre c) Le diaphragme d) Les bronchioles 4- Par quel moyen de transport l’oxygène et le gaz carbonique passe entre l’alvéole et le entre le sang et les cellules du corps ? 5- Les poumons permettent au sang de se débarrasser du 6- Les échanges gazeux s’effectuent au niveau des Anatomie et physiologie 1 Module 3 Système respiratoire 136 LABORATOIRE 9 : SATUROMETRIE (OXYMETRIE PULSEE) Buts • Décrire comment l’oxygène est transporté dans le sang. • Expliquer l’effet de la pression partielle des gaz sanguins artériels sur la liaison et la dissociation de l’oxygène. • Expliquer les effets physiopathologiques des BCPO sur la respiration externe, le transport des gaz et la respiration interne. Matériel • Oxymètre de pouls • Sac d’hypoventilation À lire : À voir • Chronomètre • Pince nez Marieb, Biologie humaine, page 481 et photocopies http://www.ac-creteil.fr/biotechnologies/doc_hemoglobin.htm Théorie L’oxymétrie pulsée (ou oxymétrie de pouls) est basée sur les principes suivants : - un premier principe relié à la spectrophotométrie, car l’oxyhémoglobine (hémoglobine combinée avec l’oxygène, soit HbO2) et la désoxyhémoglobine (hémoglobine réduite non oxygénée, soit HHb) présentent des degrés d’absorption de lumière rouge et infra rouge différente, - un deuxième principe relié à la pléthysmographie, car le volume sanguin artériel dans les tissus, et donc, l’absorption de la lumière par ce même sang, varient durant le cycle du pouls. Un oxymètre de pouls détermine la SpO2 (saturation pulsatile en oxygène) en faisant passer de la lumière infrarouge dans un lit artériel (doigt, orteil, front ou septum nasal), et en mesurant les variations d’absorption de lumière pendant un cycle pulsatile (pouls). Des diodes électroluminescentes (DEL) servent de sources lumineuses sur un côté de la sonde, et une photodiode sert de photorécepteur sur le côté opposé de la sonde. Anatomie et physiologie 1 Module 3 Système respiratoire 137 Étant donné que l’HbO2 et l’Hb ont des taux d’absorption de lumière différente, la quantité de lumière absorbée par le sang dépend de la saturation en oxygène de l’hémoglobine. Pour identifier la saturation en oxygène de l’hémoglobine du sang artériel, l’appareil utilise le pouls (soit la nature pulsatile du flux sanguin artériel). Pendant la systole, un nouveau flux de sang entre dans le lit vasculaire, ce qui produit une augmentation du volume sanguin, et de ce fait, une augmentation de l’absorption de la lumière. Pendant la diastole, le volume sanguin diminue dans le lit vasculaire et l’absorption de la lumière devient moindre. Le saturomètre établit ses mesures de SpO2 en établissant un rapport entre l’absorption maximale et minimale mesurée lors des systole et diastole. Cette valeur est ajustée pour tenir compte des effets absorbants non pulsatiles produits par les tissus, les os et le sang veineux, et elle est ensuite exprimée en pourcentage de saturation. Activité préparatoire Compléter le formatif suivant avant la séance de laboratoire 1- L’oxygène moléculaire est transporté dans le sang de deux façons. Quelles sont ces façons, et établir leur importance relative. 2- Définir les termes de cette équation ? HHb + O2 ⇔ HbO2 + H+ a. HHb : b. HbO2 : c. O2 : 3- Une molécule d’hémoglobine saturée en oxygène va fixer combien de molécules d’oxygène? 4- Sur quel élément chimique de la molécule d’hémoglobine l’oxygène va-t-il se fixer ? Anatomie et physiologie 1 Module 3 Système respiratoire 138 5- Quel est le nom des cellules qui vont contenir les molécules d’hémoglobine ? 6- Énumérez 4 facteurs physiques ou chimiques qui influencent la capacité de fixation de l’O2 sur l’hémoglobine ? 7- Quelle relation cette courbe nous permet-elle de comprendre ? Cette relation estelle linéaire ? 8- En utilisant la courbe de dissociation de l’oxyhémoglobine (HbO2), indiquer le pourcentage de saturation relatif de l’hémoglobine au niveau du sang quittant les capillaires pulmonaires dans différentes conditions physiologiques ? a. Pourcentage de saturation de l’hémoglobine en O2 (HbO2) au niveau des poumons dans des conditions physiologiques normales ? b. Pourcentage de saturation de l’hémoglobine en O2 (HbO2) au niveau des poumons pour un patient âgé dont la pression partielle d’oxygène du sang artériel (PO2) est de 60mmHg ? c. Pourcentage de saturation de l’hémoglobine en O2 (HbO2) au niveau des poumons pour un patient souffrant de bronchite chronique (BPCO) et dont la pression partielle d’oxygène du sang artériel (PO2) est de 50 mmHg ? Anatomie et physiologie 1 Module 3 Système respiratoire 139 Expérimentation Préparation - L’expérimentation va se faire en équipe de trois. - Déterminer une fonction pour chaque participant (patient, technicien, analyste). - Le patient est assis et calme. - Le test va se faire sur l’index droit. - Le technicien s’assure de bien comprendre la procédure du test. Prise de données Test 1 - Un premier test sur le patient est effectué dans des conditions physiologiques normales, au repos. - Le technicien prend une lecture au repos. - L’analyste note la valeur de saturation et le rythme cardiaque sur la grille de données. Test 2 - Un deuxième test est effectué en hypoventilation. - Le patient s’installe un pince-nez. - Après l’avoir gonflé, il respire dans le sac d’hypoventilation. - Le technicien démarre l’oxymètre (temps 0), et l’imprimante. - L’analyste note les valeurs à toutes les 10 secondes sur la grille de données. - Le test se poursuit jusqu’à ce que la valeur de saturation diminue d’une manière significative. - Le technicien s’assure du bien-être du patient durant le test. - Le patient détermine lui-même la période ou il retirera le sac d’hypoventilation. - Le patient continue le test jusqu’au retour d’une saturation normale. - Le technicien s’assure que le patient a retrouvé son équilibre physiologique (homéostasie) avant de lui signifier de se lever. Anatomie et physiologie 1 Module 3 Système respiratoire 140 Résultats Date et heure du test : Nom des participants TEST 1 SpO2 au repos : Patient : Technicien : Analyste : rythme cardiaque : TEST 2 Temps SpO2 Rythme cardiaque 00 min 00 min 10 sec 00 min 20 sec 00 min 30 sec 00 min 40 sec 00 min 50 sec 01 min 00 sec 01 min 10 sec 01 min 20 sec 01 min 30 sec 01 min 40 sec 01 min 50 sec 02 min 00 sec 02 min 10 sec 02 min 20 sec 02 min 30 sec 02 min 40 sec 02 min 50 sec 03 min 00 sec Anatomie et physiologie 1 Module 3 Système respiratoire 141 Transcrire vos données sur le graphique de la page suivante Graphique : Pourcentage de saturation de l’oxyhémoglobine (SpO2) en fonction du temps pour une condition physiologique d’hypoventilation provoquée SpO2(%) … Temps (min :sec) N.B. : Indiquer sur le graphique par un X rouge la fin de l’hypoventilation provoquée Anatomie et physiologie 1 Module 3 Système respiratoire 142 ANALYSE ET INTERPRÉTATION En se servant des valeurs expérimentales et de la courbe de dissociation de l’oxyhémoglobine, répondez aux questions suivantes : 1- Valeur de la Sp02 (saturation pulsatile en oxygène en %) au repos : 2- Valeur de la Sp02 (saturation pulsatile en oxygène en %) la plus basse : 3- Temps (en secondes) du test pour arriver à cette valeur : 4- Pression partielle de l’oxygène (P02) contenu dans les alvéoles du patient et volume d’oxygène (en ml) pour 100 ml de sang lors du test 1 (au repos) : 5- Pression partielle de l’oxygène (P02) contenu dans les alvéoles du patient et volume d’oxygène (en ml) pour 100 ml de sang lors du test 2 (hypoventilation, à la Sp02 la plus basse) : 6- Outre l’hypoventilation qui augmente la PaCO2 nommez des causes de la diminution de la saturation pulsatile en oxygène ? 7- Quel volume d’oxygène (en ml O2\100ml de sang) a été utilisé (ou métabolisé) par les cellules du patient à la fin du test 2 ? Indiquer la formule, le calcul et la réponse. Anatomie et physiologie 1 Module 3 Système respiratoire 143 8- Transposez la valeur trouvée en 7, en volume total d’oxygène métabolisé par les cellules ? Pour ce faire, il faut tenir compte du volume total du sang du patient. Nous déterminerons que ce volume moyen est de 5 litres. Indiquer la formule, le calcul et la réponse. 9- Lors du test 1, qu’arriverait-il à votre patient, au niveau de la disponibilité en oxygène pour les tissus, si ce dernier est en état d’hypothermie et si ce dernier était en état d’hyperthermie, justifiez votre réponse ? Anatomie et physiologie 1 Module 3 Système respiratoire 144 Régulation de la respiration À lire : À faire : À voir : Marieb, Biologie humaine, pages 481 à 484 Marieb, Cahier d’activités, page 236, #20 http://www.colvir.net/prof/chantal.proulx/animations/Resp_controle/Resp_controle.htm La régulation de la respiration repose sur des activités de nerveuses, mais influencé par des phénomènes chimique et physique Mécanismes nerveux et établissement du rythme respiratoire La rythmicité respiratoire repose sur une activité nerveuse. Dans le cerveau, il existe des points précis, les centres respiratoires du cerveau qui établissent le rythme respiratoire (involontaire), dans le bulbe rachidien et le pont. Facteurs influant la fréquence et l'amplitude respiratoires La fréquence et l'amplitude respiratoires varient selon les besoins de l'organisme. Ces deux caractéristiques sont déterminées par l'activité des centres respiratoire, soit par la fréquence ou force des influx envoyés par les centres et aussi par la durée de l'action des centres. Cependant, ces centres peuvent être influencés par différents phénomènes. - Influence de la pression partielle du gaz carbonique - Influence des centres cérébraux supérieurs - Influence du pH artériel - Influence de la pression partielle d'oxygène - Agents irritants http://www.colvir.net/prof/chantal.proulx/animations/Resp_controle/Resp_controle.htm Anatomie et physiologie 1 Module 3 Système respiratoire 145 Pathologie du système respiratoire À lire : À faire : À voir : Marieb, Biologie humaine, pages 484 à 488 Marieb, Cahier d’activités, page 236, # 21 http://www.colvir.net/prof/chantal.proulx/animations/Resp_controle/Resp_controle.htm 1- Bronchite chronique 5- Asthme 9- Pneumopathie 2- L'emphysème 6- Bronchiolite 10- Rhinite 13- Oxycarbonisme 3-Pneumonie 7-Obstruction 11- Pleurésie 14- Hyperventilation 4-Laryngite 8-BPOC 12- Hypoxie a) Production d'un excès de mucus dans les poumons, couplé à une inflammation des tissus, ce qui provoquent une obstruction des conduits aériens. L'excès de mucus affaiblit la respiration et s'accompagne généralement de toux. b) Intoxication par le monoxyde de carbone attribuable à la capacité élevée (200 fois supérieur) du CO de se fixer sur la molécule d’hémoglobine à la place l’O2. c) Maladie dégénérative qui entraîne un essoufflement, une sensation d'essoufflement à la suite de tout mouvement ou d'effort. Elle est provoquée par la distension permanente des alvéoles associée à une détérioration des parois alvéolaires. Cette perte de l’élasticité du poumon entraîne une expiration forcée. d) Infection du tissu pulmonaire. e) Inflammation de la plèvre conséquence d’une pneumonie. Elle peut-être sèche ou liquide. f) Inflammation des poumons causée le plus souvent par une infection ou rarement par un agent irritant chimique ou physique. L’inflammation est causée par une infection pulmonaire due à des bactéries, des virus, des germes atypiques, des mycoses ou d'autres parasites. g) Diminution de l’apport en oxygène aux tissus, visible par une teinte bleuâtre de la peau ou observable au niveau du lit des ongles h) Inflammations du larynx et des cordes vocales, souvent infectieuses d’origine virale ou bactérienne, mais aussi irritatives dues au tabac, inhalation de substance nocive ou à la mauvaise utilisation de sa voix. Peut-être plus ou moins dangereuse selon le siège de l’affection. Anatomie et physiologie 1 Module 3 Système respiratoire 146 i) Souvent couplé à des crises d’anxiété, elle peut entraîner des étourdissement et l’évanouissement causé par la diminution de la concentration sanguine en gaz carbonique qui cause la constriction des vaisseaux sanguin et une ischémie cérébrale. j) Maladie inflammatoire non contagieuse qui affecte les bronches en augmentant les résistances des voies aériennes. On y retrouve une inflammation de l'épithélium bronchique, avec notamment un gonflement (œdème), une contraction des muscles lisses bronchiques, ou spasme (broncho constriction) et une hypersécrétion de mucus. k) Infection pulmonaire causée par un virus. Ce type d’infection touche ordinairement les enfants de moins de deux ans, pendant l’hiver ou au début de l’automne. La maladie dure environ une semaine et présente les symptômes suivants, nez qui coule, fièvre légère, toux et respiration rapide et bruyante. l) Elle est soit causée par la présence d'un corps étranger solide ou semi solide dans les voies respiratoires supérieures, il s’agit fréquemment d'aliments qui s’y sont malencontreusement logés. Elle peut-être partielle ou totale. La manœuvre de Heimlich en est le remède. m) Terme regroupant une variété de maladie pulmonaire chronique. La respiration devient difficile en raison d'une limitation au niveau de l'écoulement de l'air. Les poumons ne fonctionnent plus aussi bien qu'avant et perdent de leur efficacité avec le temps. n) Inflammation de la muqueuse nasale, accompagnée d’une production excessive de mucus, congestion nasale et écoulements. Anatomie et physiologie 1 Module 3 Système respiratoire 147
