CO2 + H2O H2CO3 HCO3
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Le May Francis IFSI Douai 2ème année Mobilisation des connaissances en anatomie physiologie de l’appareil respiratoire 1) annoter le schéma (voir la feuille de TD) 2) fonctions de l’appareil respiratoire L'appareil respiratoire a un rôle essentiel dans l'hématose* : il apporte l'oxygène au sang qui le distribue dans tout l'organisme et rejette le gaz carbonique; il existe deux systèmes circulatoires sanguins : la grande circulation ou circulation générale où le sang oxygéné part du ventricule gauche du coeur par l'aorte et irrigue tous les tissus de l'organisme dont il revient, chargé de gaz carbonique, par la veine cave jusqu'à l'oreillette droite; la petite circulation ou circulation pulmonaire où le sang chargé de gaz carbonique part du ventricule droit par l'artère pulmonaire, se libère du gaz carbonique et s'enrichit en oxygène dans le parenchyme pulmonaire, et retourne à l'oreillette gauche par la veine respiratoire. *l'hématose, au sens large du terme, caractérise l'ensemble des mécanismes qui assurent le maintien de la composition normale des liquides de l'organisme (sang, lymphe, liquide interstitiel); les organes les plus impliqués sont le tube digestif, le foie, les reins et les poumons. L'appareil respiratoire remplit deux autres fonctions essentielles : il participe à la défense de l'organisme par la présence de follicules et de tissu lymphoïde diffus disséminés dans ses muqueuses => il appartient au Tissu Lymphoïde Associé aux Muqueuses ( MALT ) De plus l'air subit un filtrage, en effet tout le long des voies respiratoires sont disposées des cellules sécrétant du mucus, des glandes et des cellules ciliées. Ceci permet de créer une couche de mucus tapissant les voies, et ainsi de fixer les particules (poussières, bactéries, ...) traversant les dites voies. Le mouvement des cils (des cellules ciliées) déplace ce mucus en direction du pharynx permettant son élimination dans le tube digestif (on parle d'escalateur mucociliaire). Ceci constitue un mécanisme important de défense des poumons contre les agressions extérieures. De plus, on retrouve des macrophages, qui, par leur action de phagocytose, complètent ce système de défense. il contient des cellules endocrines sécrétant des amines et des polypeptides ayant une activité hormonale ou de neurotransmetteur (sérotonine, bombésine, calcitonine, enképhaline); il fait partie du Système Endocrinien Diffus ( SED ) au même titre que le tractus gastro-intestinal et le tractus génito-urinaire Rôle régulateur de la température et d’assurer la saturation en eau : En plus de leur rôle de conduction de l'air, les voies aériennes supérieures assurent le conditionnement de l'air. Elles permettent ainsi de réchauffer l'air jusqu'à la température de 37°C (température corporelle) et d'en assurer la saturation en eau. 3) Les voie aériennes suppérieures Les fosses nasales. Ce sont deux couloirs parallèles horizontaux qui sont creusés dans le massif facial. Les orifices antérieurs s'appellent les narines. Les narines sont pleines de poils qui filtrent grossièrement l'air inhalé. La cavité des fosses nasales est limitée en dedans par une cloison médiane osseuse et cartilagineuse qui s'appelle le vomer et l'ethmoïde. Les fosses nasales sont tapissées par une muqueuse appelée muqueuse pituitaire. On en distingue deux parties. La muqueuse olfactive (partie supérieure) contient des cellules du nerf olfactif. L'orifice des fosses nasales débouche dans le pharynx et porte le nom de "les choanes." Le pharynx. C'est un carrefour aéro-digestif (risque d’inhalation). Il fait communiquer les fosses nasales (voies aériennes) et le larynx (l'organe respiratoire) avec la bouche (les voies digestives) et l'œsophage. Au niveau de ces deux voies, il y a au cours de la déglutition la fermeture de la voie aérienne pour éviter les fausses routes. Cette fermeture s'accomplit par : Un recul de la langue. Une élévation de la luette. Un abaissement de l'épiglotte. Une ascension du larynx. Une fausse route va entraîner une toux réflexe, des crachements. Le pharynx est très réflexogène car il est très innervé. Le larynx. Il fait suite au pharynx et devance la trachée. Sa structure est ostéo-cartilagineuse. Cette structure comprend différents os dont l'os hyoïde. Les cordes vocales sont insérées sur la partie supérieure du cartilage aryténoïde. Ils sont reliés entre eux par des ligaments et des muscles. La trachée. C'est un conduit aérifère (qui conduit l'air), de 12 cm de long et de 2,5 cm de diamètre. La trachée prend son origine dans la région cervicale puis elle descend dans le thorax verticalement où elle va donner naissance à deux bronches souches, droite et gauche, à l'angle sternal, au niveau de la 5eme vertèbre dorsale (D5), en arrière de l'œsophage est la glande thyroïde. En avant, on a le sternum et la crosse aortique. Sur les cotés, on a les nerfs récurrents qui innervent le larynx, les artères carotides et les veines jugulaires. Structure de la trachée. Elle est tapissée par une muqueuse riche en cellules à mucus et de cils vibratiles. Cette muqueuse va permettre l'épuration de l'air. A l'angle sternal, la trachée se divise en deux bronches souches, droite et gauche. La bronche souche droite est plus verticale, plus courte (2 cm de long) et plus large que la bronche souche gauche (5 cm de long). Les bronches souches sont dites extra pulmonaires. Elles sont médiastinales et extra pulmonaires. Elles pénètrent chacune dans un poumon au niveau du hile pulmonaire. Elles sont accompagnées d'une artère et de deux veines pulmonaires. Cet ensemble s'appelle le pédicule pulmonaire. 4) Les voies aériennes intra pulmonaires Les bronches souches vont se rediviser en bronches plus petites, les bronches lobaires (1 par lobe : 3 à droite et 2 à gauche), puis des bronches segmentaires, puis des bronches lobulaires et se terminent par des bronchioles (ou canal alvéolaire). 5) Qu’est que l’hématose ? Expliquer le mécanisme physiopathologique Défintion Le terme hématose est souvent utilisé pour désigner l'oxygénation du sang. C’est la transformation du sang veineux (riche en gaz carbonique) en sang artériel (riche en oxygène) au niveau des poumons. L'hématose est obtenue grâce à la fixation de l'oxygène et à l'élimination du gaz carbonique (CO2). Autrement dit ce processus physiologique permet la transformation, à l'intérieur des poumons et plus précisément des alvéoles, du sang veineux chargé de gaz carbonique en sang artériel chargé d'oxygène. L' hématose comprend le transport du gaz carbonique par le sang, résultat de l'activité des cellules. Le circuit est le suivant : veines cave-cœur-artère pulmonaire-poumons (barrière alvéolocapillaire)-veines pulmonaires-cœur-aorte-organes. La barrière alvéolocapillaire des poumons est une structure qui sépare l'air contenu dans les alvéoles, des globules rouges des capillaires (minuscules vaisseaux sanguins). Cet air est ensuite éliminé par les poumons grâce à une expiration (l'air sort des poumons). Le sang est à ce moment-là enrichi en oxygène. Mécanisme physiopathologique Une perturbation de l'hématose se traduit par une diminution de la concentration d'oxygène dans le sang : l'hypoxie. Les dosages d'oxygène dans le sang mettent en évidence l'hypoxie par la diminution de la pression d'oxygène dans le sang artériel (après prélèvement direct dans une artère du poignet par exemple). Cette hypoxie est susceptible de retentir sur le fonctionnement des organes, essentiellement les reins, le cerveau et le cœur. 6) Comment sont transportés l’O² et le CO² dans le sang ? L’Oxygène Dans le sang, l’oxygène est transporté sous 2 formes : - soluble - associée à l’hémoglobine - les 2 formes ensembles constituent le contenu sanguin en oxygène Forme soluble (Loi d’Henry) La forme soluble de l’oxygène ne représente que 2% du total de l’oxygène présant dans le sang. La quantité d’oxygène dissous dans le sang est directement proportionnelle à la pression partielle en oxygène dans le sang : Loi d’Henry : C = PaO2 x 0.003 ml O2 / 100 ml sang / mmHg Ainsi, pour une PaO2 à 100%, pour un débit cardiaque à 5 l/min, l’oxygène dissous représente 15 ml / min (100 mmHg x 0.003 ml O2/100 ml/mmHg x 5000 ml/min). Hors, au repos, les besoins de l’organisme sont de 250 ml/min. L’organisme a donc besoin d’un autre mode de transport. Forme associée à l’hémoglobine 98% de l’oxygène présent dans le sang est sous forme associée à l’hémoglobine, formant l’oxyhémoglobine. On se souvient que chaque mole d’hémoglobine peut fixer 4 moles d’O2. A 100% de saturation (SaO2), toute l’hémoglobine est sous forme oxyhémoglobine. A 75%, seuls 3 sites de fixation sur 4 en moyenne sont occupés par l’oxygène. La quantité d’oxygène associée à l’hémoglobine est donc fonction du taux de saturation de l’hémoglobine : Quantité associée à l’hémoglobine = Capacité maximale de fixation x SaO2 Contenu sanguin en oxygène Le contenu sanguin en oxygène est la somme des 2 formes d’oxygène dans le sang, à savoir la forme dissoute et la forme associée à l’hémoglobine. Contenu en O2 = O2 dissous + (Capacité maximale de fixation O2 x SaO2) Le Gaz Carbonique CO² Dans le sang, le gaz carbonique est sous 3 forms distinctes: - une forme dissoute; - une forme combinée à l'hémoglobine: le carbaminohémoglobine ou carbhémoglobine; - une forme métabolisée majoritaire: les bicarbonates. CO2 dans le sang total artériel et veineux Sang artériel Sang veineux CO2 dissout (en mmol/l) 1.2 (5.6%) 1.5 ( 6% ) HCO3- (en mmol/l) 19 (92.2%) 20.5 (91.2%) CarbaminoHémoglobine (en mmol/l) 0.4 ( 2% ) 0.6 ( 3% ) CO2 total (en mmol/l) 20.6 - 22.6 - 1. Forme dissoute (Loi d’Henry) La forme dissoute du CO2 représente 5% du contenu sanguin en CO2. La quantité de CO2 dissous dans le sang est directement proportionnelle à la pression partielle en CO2 dans le sang : Loi d’Henry : CCO2 = PaCO2 x 0.03 ml CO2 / 100 ml sang / mmHg Ainsi, pour une PaCO2 à 40 mmHg, pour un débit cardiaque à 5 l/min, le CO2 dissous représente 60 ml / min (40 mmHg x 0.03 ml CO2 /100 ml/mmHg x 5000 ml/min). Remarque: Dans sa forme dissoute, le CO2 se transforme très peu en H2CO3. 2. Forme combinée à l'hémoglobine (Carbaminohémoglobine) Une faible fraction du gaz carbonique (2 à 3%) non dissout et non métabolisé en bicarbonates, est transportée dans le sang sous forme combinée à l'hémoglobine par formation d'un composé aminé: la carbaminohémoglobine ou carbhémoglobine. (Ne pas confondre avec la carboxyHémoglobine: HbCO) Effet Haldane A pression partielle en CO2 égale, l'hémoglobine se combine d'autant plus au gaz carbonique qu'elle est elle-même sous forme désoxygénée, et dans les mêmes circonstances, la synthèse de bicarbonates est accrue. Autrement dit, le désoxyHb forme nettement plus de carbaminohémoglobine que l'oxyHémoglobine. Ceci permet le couplage du transport par l'hémoglobine du CO2 et de l'O2. Effet Bohr (rappel) L'augmentation du pH, la baisse du 2.3 DPG favorisent la désoxygénation de l'hémoglobine, circonstances retrouvées au niveau tissulaire, circonstances favorables à la formation de carbaminohémoglobine à l'endroit où le CO2 est produit. 3. Forme métabolisée (Les bicarbonates) Principal moyen de transport du CO2 dans le sang, les bicarbonates représentent plus de 91% du gaz carbonique transporté dans le sang. Grâce à une enzyme présente dans les globules rouges, l'anhydrase carbonique, le CO2 (qui rentre dans les hématies par diffusion passive) est métabolisé en bicarbonates, bicarbonates qui ressortent ensuite des hématies contre des ions chlorures (Effet Hamburger) pour retrouver la circulation sanguine. CO2 + H2O <===(AseC)===> H2CO3 <=====> HCO3- + H+ Cette réaction est une réaction tampon acido-basique, catalysée (donc accélérée) par l'anhydrase carbonique, et favorisée par les variations de pH induites par l'augmentation de la quantité de CO2. Au niveau pulmonaire, lorsque le taux de CO2 chute, cette réaction s'effectue en sens inverse. Contenu sanguin en dioxyde de carbone Le contenu sanguin en CO2 est la somme des 3 formes de gaz carbonique dans le sang, à savoir la forme dissoute, la forme combinée à l’hémoglobine, et la forme métabolisée. Contenu en CO2 = CO2 dissous + Carbaminohémoglobine + Bicarbonates 7) Qu’est-ce que le Surfactant ? Où le trouve-t-on ? En quoi consiste-t-il ? Le surfactant est une substance qui tapisse les alvéoles pulmonaires. Elle permet aux poumons de conserver un volume d’air en fin d’expiration, au lieu de se ´vider’ complètement. De ce fait, le surfactant est indispensable aux échanges gazeux, donc à la vie aérienne. L’insuffisance de surfactant caractérise ’LA’ grande maladie respiratoire des prématurés, la maladie des membranes hyalines, mortelle en l’absence de traitement. Depuis une vingtaine d’années, des surfactants naturels provenant d’animaux, ou artificiels, ont été employés chez les nouveau-nés. Instillés dans les poumons, ils ont permis de réduire de façon considérable la mortalité et aussi la morbidité des grands prématurés. 8) Quel examen permet d’adapter l’oxygénothérapie ? En quoi consiste-t-il ? La SaO2 ou saturation en oxygène de l'hémoglobine est le pourcentage d'O2 fixé sur l'hémoglobine. L’hémoglobine est le pigment rouge du sang qui transporte l’oxygène et le gaz carbonique. La plus grande partie de l'oxygène du sang est véhiculée par l'hémoglobine. Cette saturation dépend avant tout de la PaO2. Valeurs normales : 95 à 98 % Lorsque la PaO2 s'abaisse de quelques mmHg au-dessous de 80, il n'y a pas de chute importante de la SaO2. En revanche, si la PaO2 s'abaisse nettement au-dessous de 50 mmHg, la quantité d'O2 transportée par le sang devient très insuffisante et la SaO² s’effondre. L'appareil utilisé est appelé oxymètre ou saturomètre. Il est constitué d'un capteur, lui même formé d'une source lumineuse rouge et d'un capteur de lumière (sous forme de pince ou d'adhésif), relié à un boîtier analyseur. On place un doigt ou le lobe de l'oreille entre la source de lumière rouge et le capteur qui analyse la quantité de lumière transmise. Un sang riche en oxygène (par exemple artériel est plus rouge qu'un sang pauvre en cette molécule et c'est cette différence qui est quantifiée, permettant de déterminer la saturation en oxygène. Cette saturation est exprimée en pourcentage. Elle est entre 95 et 100 % chez le sujet normal, mais baisse sensiblement chez le fumeur. 9) Définir les volumes respiratoires Débit ventilatoire = VE = Volume Courant x Fréquence respiratoire. Volume Courant = Vt = volume d'air qui entre et qui sort des poumons durant un cycle ventilatoire = 0,5L au repos. Volume de Réserve Inspiratoire = VRI = + grand volume que l'on peut inspirer à la suite d'une inspiration normale = 2,5L. Volume de Réserve Expiratoire = VRE = volume que l'on peut expirer de façon forcée à la suite d'une expiration normale = 1,5L. Vt augmente en empiétant sur VRE et VRI. Capacité Vitale = CV = Vt + VRE + VRI = volume d'air max que l'on inspire de façon forcée après une expiration forcée = 4,5L. Volume Résiduel = VR = volume qui reste dans les poumons après une expiration forcée en effet, après l'hématose (échanges O2 CO2 au niveau alvéolaire) les alvéoles gardent un certain volume d'O2, ce qui représente un volume de sécurité. Volume Résiduel Fonctionnel = VRF = volume qui reste dans les poumons après une expiration normale. Capacité Pulmonaire Totale = CPT = CV + VR VRI 1500 ml Inspiration Forcée 2 litres VC Capacité totale 5 litres 500 ml VRE 1500 ml VR 1500 ml Capacité vitale 3.5 litres Valeur Résiduelle 1,5 litres Expiration Forcée 2 litres 10) Définir les termes suivants : - Dyspnée Dyspnoea, en grec dyspnoia de dyspnoos - court d'haleine) est une difficulté respiratoire. On distingue deux types de dyspnée, la difficulté à inspirer de l'air (ou faire entrer de l'air dans ses poumons) ou dyspnée inspiratoire et, la difficulté à expirer de l'air (ou faire sortir de l'air de ses poumons) ou dyspnée expiratoire. Cette difficulté à respirer comporte une composante subjective, représentée par la gêne éprouvée par le patient, et d'autre part une composante objective. - Hémoptysie L'hémoptysie est un rejet de sang issu des voies aériennes sous glottiques, le plus souvent au cours d'un effort de toux. Ce sang est rouge, aéré, en quantité très variable en fonction des causes de l'hémoptysie. Ce symptôme peut témoigner de maladies sous-jacentes variées mais potentiellement graves, qu'il convient de ne jamais négliger : toute hémoptysie, quelle que soit son abondance, doit faire consulter un médecin au plus vite. - Anoxie L'anoxie est une diminution de l'oxygène utilisé par les tissus de l'organisme. Dans la majorité des cas elle est en rapport avec une charge insuffisante de sang en oxygène. En règle générale, on parle d'anoxie lorsque la pression partielle de l'oxygène dans le sang est inférieure à 0,2 bars. Il y a souffrance tissulaire, notamment au niveau du muscle cardiaque et du cerveau, surtout. L'anoxie peut exister sans anoxémie. La charge d'oxygène du sang est normale mais un processus pathologique (intoxication aux cyanures) empêche l'utilisation de cet oxygène au niveau des cellules. - Anoxémie C’est le manque d’oxygène dans le sang. - Cyanose La cyanose est la coloration bleutée que prend la peau lorsque le sang contient une grande quantité d'hémoglobine réduite. Elle est entre autres un signe d'insuffisance respiratoire hypoxique grave. Elle peut être causée par un trouble de la circulation, par une altération de l’oxyhémoglobine ou par un trouble de l’hématose. Elle peut être la conséquence, entre autres, de troubles pulmonaires, de malformations cardiaques congénitales, d’une mauvaise circulation du sang, d’une anémie ou d’une intoxication. - Polypnée Une polypnée est une accélération de la fréquence respiratoire avec diminution du volume courant. La ventilation est donc rapide et superficielle. Elle est définie par une augmentation de la fréquence respiratoire, et dépend de l'âge du patient : J1 : FR > 60 1 mois : FR > 40 2 ans : FR > 30 10 ans : FR > 20 - Toux La toux est une contraction spasmodique soudaine et souvent répétitive, de la cavité thoracique humaine, qui résulte en une expulsion violente d'air des poumons, et usuellement accompagnée d'un son distinctif. La toux est d'habitude déclenchée pour se débarrasser d'une accumulation de lymphe dans la trachée ; l'air peut se déplacer dans ce passage jusqu'à une vitesse de 480 km/h. La toux peut également être induite par un bol alimentaire entrant dans la trachée au lieu de l'œsophage, par une déficience de l'épiglotte. Une toux fréquente ou chronique indique en général la présence d'une maladie. - Expectoration L'expectoration est le rejet par la toux de sécrétions qui peuvent se révéler infectieuses. Ces sécrétions sont issues de l'appareil respiratoire. Elles ne doivent pas être confondues avec des sécrétions provenant de l'appareil digestif. 11) Vrai-Faux a) Les poumons sont séparés par l’Apex Faux (apex, l'extrémité d'un organe) b) Chaque poumon est segmenté en deux par des sillons appelés « scissures » Faux, Le poumon droit possède trois lobes : 1. Lobe antérieur ou apical 2. Lobe moyen 3. Lobe postérieur Le poumon gauche possède deux lobes : 1. Lobe Supérieur ou apical 2. Lobe Inférieur c) L’air est apporté par une bronchiole à l’alvéole Vrai, cette bronchiole est aussi appelée « bronchiole terminale » d) Le sang oxygéné au niveau des alvéoles part dans les artères pulmonaires Faux Le côté gauche du cœur, quant à lui, reçoit le sang oxygéné provenant directement des poumons via les quatre veines pulmonaires, qui sont les seules veines de l'organisme à transporter du sang oxygéné. Le sang arrive dans l’oreillette gauche et qui en se contractant intensifie son passage vers le ventricule gauche qui va ensuite le distribuer à tous nos organes via l’artère aorte et son réseau artériel. e) Le volume courant correspond au volume inspiratoire additionné du volume expiratoire. Vrai, le volume courant ou Vt est le volume d'air qui entre et qui sort des poumons durant un cycle ventilatoire = 0,5L au repos f) Le sang oxygéné au niveau des alvéoles part dans les artères pulmonaires Vrai, Le côté gauche du cœur, quant à lui, reçoit le sang oxygéné provenant directement des poumons via les quatre veines pulmonaires. Le diaphragme est un muscle respiratoire accessoire. Faux, C’est bien au contraire un muscle IMPORTANT en ce qui concerne la respiration en particulier la respiration forcée. Le diaphragme représente 60% de la capacité inspiratoire. C'est un muscle plat qui sépare le thorax de l'abdomen. Il a une forme de coupole. La coupole de droite est plus haute que la coupole de gauche, à cause du foie. Il est innervé par le nerf phrénique. Le nerf phrénique a son origine dans la moelle épinière. La contraction du diaphragme entraîne : Un abaissement des viscères abdominaux. Une augmentation du volume de la cage thoracique dans le sens de la hauteur. L'ensemble des deux phénomènes augmente la capacité thoracique et créé une dépression intra thoracique d'où appel d'air. g) Une artériole pulmonaire se divise en un réseau de capillaires artériels au niveau des alvéoles. Vrai. h) Un gaz diffuse d’une zone où sa pression partielle est basse vers une zone où sa pression partielle est haute. Faux, c’est exactement l’inverse, le gaz va diffuser de la zone où sa pression partielle est haute vers la zone où sa pression partielle est basse.
