La mécanique respiratoire en micro- gravité

La mécanique respiratoire
en micro- gravité
Figure 1 Schéma de la distribution du sang autour du
poumon en fonction de la valeur de la pression artérielle
(Pa), veineuse (Pv) et alvéolaire (PA). Les pressions
artérielle et veineuse subissent un gradient de pression
hydrostatique tandis que la pression alvéolaire est cons-
tante et égale à la pression atmosphérique.
Avant de décrire les effets de l’absence de
gravité sur le poumon humain et, de là, la
mécanique respiratoire, il faut commencer
par étudier les effets de la gravité sur le
poumon. En effet, l’Homme s’est adapté à
la vie sur Terre, c’est-à-dire en subissant une
accélération gravitationnelle de 9,81 m/s²
(en Belgique). La gravité s’applique dans la
direction verticale, vers le centre de la Terre.
Le rôle principal du poumon est de
permettre les échanges gazeux
(principalement O2/CO2 mais de nombreux
gaz sont concernés comme le CO ou le NO)
entre l’atmosphère et le sang. Le poumon est
une structure complexe qui schématique-
ment se sépare en la zone de conduction et la
zone acinaire. La zone de conduction est constituée de conduits respiratoires (trachée,
bronches, bronchioles,…) qui servent principalement à conduire l’air entre la bouche et la
zone acinaire. La zone acinaire est constituée des petits conduits respiratoires (bronchioles
respiratoires et conduits alvéolaires) et des alvéoles, de petits renflements plus ou moins
sphériques s’ouvrant dans la paroi de ces conduits puis s’agglomérant en grappes (sacs
alvéolaires). C’est dans cette zone qu’ont lieu les échanges gazeux, l’oxygène (O2) passe
des alvéoles dans le sang alors que le dioxyde de carbone (CO2) effectue le chemin en sens
inverse.
Pour permettre ces échanges gazeux, le poumon est entouré de sang. Ce sang est soumis
à l’accélération gravitationnelle ce qui provoque un gradient hydrostatique entre la base du
poumon et sa pointe supérieure, l’apex, faisant que la pression à la base du poumon est plus
grande que la pression à l’apex. Dès lors, la distribution du sang autour de poumon ne sera

pas homogène et la base du poumon sera mieux irriguée en
sang que l’apex (Figure 1). Le gradient de pression aura
également une influence sur le volume des alvéoles, en effet,
les alvéoles de la base du poumon subissent une pression
plus grande que les alvéoles du l’apex et possèdent un
volume plus petit (Figure 2). Les alvéoles de la base du
poumon, étant moins dilatées au départ, pourrons se gonfler
d’avantage (‘elles recevront plus d’air frais’) que celles de la
partie supérieure de poumon durant l’inspiration.
Malgré cela, la partie supérieure du poumon reste correcte-
ment ventilée (moins bien que la base), mais n’est pas bien
perfusée, c’est-à-dire qu’il y a de l’air frais (véhiculant l’oxy-
gène) mais pas de sang pour faire l’échange rendant les
échanges gazeux peu efficaces. A la base de poumon, c’est
le contraire, on a beaucoup de sang qui transite par minute et
même si la ventilation est meilleure qu’à l’apex, la quantité de
sang par minute est trop grande pour que les échanges
O2/CO2 se fasse entièrement. La partie du poumon où les
échanges sont les plus efficaces est la partie centrale du poumon où le rapport entre la
ventilation et la perfusion est proche de 1. On aura donc suffisamment d’air frais pour les
échanges avec le sang.
En micro gravité, le gradient hydrostatique disparaît. La répartition du sang autour du
poumon devient homogène (à l’exception des hétérogénéités isogravitationnelles) et le
volume des alvéoles sera identique partout dans le poumon. On aura dans tout le
poumon, une bonne correspondance entre la ventilation (l’apport d’air frais) et la perfusion
(volume de sang déplacé par unité de temps) et les échanges gazeux seront favorisés en
micro-gravité.
Par exemple, le passage du monoxyde de carbone (gaz qui se fixe sur l’hémoglobine des
globules rouge au lieu de l’oxygène et peut mener à l’asphyxie en grande quantité) des
poumons vers le sang est augmenté de 12% en micro-gravité.
Cursus universitaire
Pour mener se genre de recherches, qui font appel à la modélisation et/ou l’analyse de
signal, il est nécessaire d’avoir de bonne bases mathématique et physique. Les deux cursus
menant le plus facilement à ces recherches sont les études en sciences physique ou les
études d’ingénieur civil. Il est néanmoins indispensable de se familiariser avec les données
anatomiques et fonctionnelles de l’appareil cardio-respiratoire.
Service au sein duquel ces recherches sont possibles
Département de Pneumologie d’Erasme
Personnes de contact :
Alain Van Muylem: [email protected]
Paul De Vuyst (chef de Service) : [email protected]
Rédaction de la fiche : Yannick Kerckx
Figure 2 Schéma représentant la
distribution du volume de chaque
alvéole sous l’effet du gradient de
pression hydrostatique. Les alvéo-
les de la partie supérieure du pou-
mon occupent un volume plus grand
que celles de sa partie inférieure.
Service d’information sur les études à l’ULB : 02 650 36 36 : [email protected]