(Microsoft PowerPoint - Physiologie de la ventilation
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Dr Anne Wernet Praticien Hospitalier SAR Beaujon Octobre 2009 1er cours Anatomie et physiologie 2ème cours Régulation Application à l’anesthésie Généralités Ventilation / respiration Respiration = consommation d’O2 et production de CO2 par la cellule C6H12O6 + 6 O2 <=>6 CO2 + 6 H2O + énergie La ventilation est assurée par les poumons Antoine Lavoisier : composition de l’air Composition de l’air Air inspiré Air expiré Oxygène 21 % 16 % Azote 78 % 78 % Dioxyde de carbone 0,03 % 4,05 % Généralités Buts de la respiration Apporter O2 à la cellule Eliminer le CO2 produit par la cellule Réguler le pH Vital (réserve pulmonaire 02 : 2 min) Automatique → Comment apporter O2 et éliminer CO2 cellulaires ? Anatomie Arbre respiratoire Cage thoracique Muscles Vascularisation Nerfs Tronc cérébral Anatomie Anatomie Arbre respiratoire Voies aériennes supérieures Réchauffement de l’air inspiré Humidification de l’air inspiré (sinus) Epuration des particules et agents pathogènes (paroi nasales, poils, mucus) Filtre humidificateur et antibactérien Anatomie Arbre respiratoire Muscles pharyngo-laryngés Maintien de l’ouverture de la filière oro-pharyngée Epiglotte : Protection des voies aériennes des liquides et aliments lors de la déglutition Anatomie Arbre respiratoire Figure 12 : Représentation schématique des voies aériennes supérieures. La partie supérieure montre l’augmentation de l’activité des muscles dilatateurs à l’inspiration. La partie inférieure représente le collapsus inspiratoire au cours de l’anesthésie lié à la diminution de l’activité phasique. Anatomie « Cage » thoracique Anatomie Poumons et plèvres Anatomie Poumons et plèvres Anatomie Poumons Pas de symétrie « D/G » Bronche droite quasiverticale A gauche : 2 lobes Supérieur Inférieur A droite : 3 lobes Supérieur Moyen Inférieur Anatomie Segmentation pulmonaire Anatomie Interface cage thoracique / poumon Plèvre viscérale : adhère au poumon Plèvre pariétale : adhère aux côtes et aux muscles intercostaux Cavité pleurale Espace « virtuel » Quelques ml de liquide Pression négative P = -5 cm H20 Maintient « adhérence » poumon et paroi Anatomie Zones fonctionnelles Zones de conduction : pas d’échange « espace mort » Zones de transit et d’échanges Anatomie Arbre respiratoire Anatomie Trachée Trachée et grosses bronches conduction (pas d’échange gazeux) Espace mort physiologique : Anatomie Bronches et bronchioles Anatomie Arbre respiratoire Voies aériennes inférieures Structures rigides ○ Cartilage ○ Muscle lisse Évite le collapsus pendant l’expiration Augmente l’efficacité de la toux Anatomie Arbre respiratoire Voies aériennes inférieures Tapis muco-ciliaire ○ Humidification et réchauffement ○ Drainage des sécrétions Anatomie Arbre respiratoire Alvéoles Surface d’échange totale : 70 à 100 m2 Volume total : 3000 ml Diamètre 200 µm Epaisseur mb alvéolocapillaire 1 µm Vascularisation artérielle pulmonaire Maintenues ouvertes par le surfactant Anatomie Arbre respiratoire Lobule / sac alvéolaire Anatomie Alvéole Anatomie Alvéole Anatomie Arbre respiratoire Anatomie Surface d’échange Grande surface : 70-100 m2 Petite épaisseur Anatomie Double vascularisation : Artère et veine bronchique Circulation nourricière Système à haute résistance (pression = PA) Naît de l’aorte, sang artériel riche en O2 V. bronchiques se jettent dans V. azygos et V. pulmonaires Artère et veine pulmonaire Circulation fonctionnelle Système capacitif (pression basses) Naît du VD, sang artériel pauvre en O2, capillaire pulmonaire, sang veineux riche en O2 Anastomoses entre les deux systèmes (shunt physiologique) Anatomie Circulation pulmonaire Circulation en parallèle de la circulation systémique Débit pulmonaire = Débit aortique Pompe = cœur droit Anatomie Circulation pulmonaire Anatomie Circulation pulmonaire Anatomie Circulation pulmonaire Anatomie Circulation pulmonaire Anatomie Circulation pulmonaire Anatomie Circulation pulmonaire Anatomie Circulation pulmonaire Système capacitif (≠ résistif) Anatomie Anatomie Système lymphatique pulmonaire Anatomie Anatomie fonctionnelle Artères proches du système de conduction aérienne Veines séparées du système « artère + bronche » Anatomie Innervation, centres respiratoires (cf. cours régulation) Nerf X = pneumogastrique = vague = Xè paire crânienne Centres respiratoires : tronc cérébral (bulbe + protubérance) Physiologie Physiologie de la ventilation Mécanique ventilatoire Volumes pulmonaires Hémoglobine Echanges gazeux Mécanique ventilatoire Anatomie Mécanique ventilatoire Muscles Muscles inspiratoires Muscles expiratoires Propriétés élastiques du poumon Propriétés élastiques de la paroi thoracique Résistances des voies aériennes Mécanique ventilatoire Physiologie Anatomie Muscles Mécanique ventilatoire Physiologie Mécanique ventilatoire Muscles Muscles inspiratoires Muscles expiratoires Propriétés élastiques du poumon Propriétés élastiques de la paroi thoracique Résistances des voies aériennes Mécanique ventilatoire Physiologie Muscles inspiratoires Diaphragme +++ Muscles intercostaux externes Muscles respiratoires accessoires Mécanique ventilatoire Physiologie Diaphragme Coupole, fin +++, inséré sur les côtes Innervé par le nerf phrénique (C3, C4, C5) Mécanique ventilatoire Physiologie Diaphragme Contraction : Repousse le contenu abdominal vers le bas et l’avant Déplace les côtes → Augmentation du diamètre transverse du thorax Mécanique ventilatoire Physiologie Diaphragme Mécanique ventilatoire Physiologie Diaphragme Mécanique ventilatoire Physiologie Muscles intercostaux externes Muscles intercostaux externes Inséré sur les côtes, relient deux côtes adjacentes, sont dirigés en bas et en avant Innervé par les nerfs intercostaux (racines : moelle épinière, métamère correspondant) Contraction : ○ Mouvement de piston sur les côtes → Augmentation du diamètre transverse et latéral du thorax Mécanique ventilatoire Physiologie Muscles intercostaux externes Mécanique ventilatoire Physiologie Muscles respiratoires accessoires Scalènes : surélève les deux premières côtes Sterno-cléido-mastoïdien : élève le sternum Grand pectoral Peu utilisés au repos Utilisés ++ à l’effort Autres muscles Alae nasi : évasement des narines Petits muscles de la tête et du cou Mécanique ventilatoire Physiologie Muscles respiratoires accessoires Mécanique ventilatoire Physiologie Mécanique inspiratoire Plèvre pulmonaire Cavité pleurale Plèvre pariétale Diaphragme Mécanique ventilatoire Physiologie Mécanique inspiratoire P0 P0 P0 P-5cmH2O ∆p = 0 ∆p = -5cmH2O Mécanique ventilatoire Physiologie Mécanique ventilatoire Muscles Muscles inspiratoires Muscles expiratoires Propriétés élastiques du poumon Propriétés élastiques de la paroi thoracique Résistances des voies aériennes Mécanique ventilatoire Physiologie Muscles expiratoires Expiration : phénomène passif +++ Muscles de la paroi abdominale Muscles intercostaux internes Mécanique ventilatoire Physiologie Muscles de la paroi abdominale Grands droits Muscles obliques internes et obliques externes Transverse Contraction : ↑ PIA, repousse diaphragme vers le haut Autres fonctions : toux, efforts de vomissements et de défécation Mécanique ventilatoire Physiologie Muscles intercostaux internes Muscles intercostaux internes Effet inverse des intercostaux externes Contraction : repousse les côtes en bas et à l’intérieur : diminution du volume thoracique Mécanique ventilatoire Physiologie Mécanique expiratoire P0 P0 P0 P5cmH2O ∆p = 0 ∆p = +5cmH2O Mécanique ventilatoire Physiologie Anatomie Muscles : synthèse Mécanique ventilatoire Physiologie Mécanique ventilatoire Muscles Muscles inspiratoires Muscles expiratoires Propriétés élastiques du poumon Propriétés élastiques de la paroi thoracique Résistances des voies aériennes Mécanique ventilatoire Physiologie Propriétés élastiques du poumon Courbe pression-volume, compliance Tension de surface Forces de rappel élastique du poumon Mécanique ventilatoire Physiologie Courbe pression volume Courbe pression volume Expiration 1,2 Inspiration 1 Volume (l) 0,8 0,6 0,4 0,2 0 -35 -30 -25 -20 -15 Pression (cmH20) -10 -5 0 Courbe pression-volume I ≠ E : hystérésis Lorsque la pression est nulle, il y a de l’air dans le poumon) Courbe pression volume Expiration 1,2 Inspiration 1 0,8 Volume (l) Mécanique ventilatoire Physiologie Propriétés élastiques du poumon 0,6 0,4 0,2 0 -35 -30 -25 -20 -15 Pression (cmH20) -10 -5 0 Mécanique ventilatoire Physiologie Propriétés élastiques du poumon Compliance = variation de volume pour une variation de pression = facilité à distendre Dérive de la courbe P-V C = ∆V / ∆P N : 200 ml/cm H2O Elastance : inverse de la compliance Mécanique ventilatoire Physiologie Propriétés élastiques du poumon Courbe pression-volume, compliance Tension de surface : surfactant Forces de rappel élastique du poumon Mécanique ventilatoire Physiologie Surfactant Tension de surface : force qui agit sur 1 cm de surface liquide (A) Mécanique ventilatoire Physiologie Surfactant Les forces de surface d’une bulle de savon tendent à réduire l’aire de la surface et à générer une pression à l’intérieur de la bulle Comme les petites bulles génèrent des pressions plus importantes, elles se vident dans les grandes Mécanique ventilatoire Physiologie Surfactant Tension de surface Mécanique ventilatoire Physiologie Surfactant Tension de surface Participe à la compliance Assure la stabilité de l’alvéole Réduite par un liquide sécrété par les pneumocytes II dans les alvéoles : le surfactant Début de sécrétion : fin de la vie foetale Mécanique ventilatoire Physiologie Surfactant Mécanique ventilatoire Physiologie Surfactant Mécanique ventilatoire Physiologie Résumé alvéole Mécanique ventilatoire Physiologie Propriétés élastiques du poumon Courbe pression-volume, compliance Forces de rappel élastique du poumon Tension de surface Mécanique ventilatoire Physiologie Propriétés élastiques du poumon Forces de rappel élastique du poumon Tissus élastiques : élastine, collagène dans la paroi alvéolaire et autour des vaisseaux et bronches Perte d’élasticité avec le vieillissement (modification des fibres) Mécanique ventilatoire Physiologie Mécanique ventilatoire Muscles Muscles inspiratoires Muscles expiratoires Propriétés élastiques du poumon Propriétés élastiques de la paroi thoracique Résistances des voies aériennes Mécanique ventilatoire Physiologie Mécanique ventilatoire La paroi thoracique a tendance à partir vers l’extérieur : gril costal + tonus musculaire (intercostaux + diaphragme) Le poumon a tendance à se rétracter vers le hile : rétraction élastique La pression interpleurale est négative Mécanique ventilatoire Physiologie Propriétés élastiques de la paroi thoracique Mécanique ventilatoire Physiologie Propriétés élastiques de la paroi thoracique Mécanique ventilatoire Physiologie Compliance thoraco-pulmonaire Mécanique ventilatoire Physiologie Mécanique ventilatoire Muscles Muscles inspiratoires Muscles expiratoires Propriétés élastiques du poumon Propriétés élastiques de la paroi thoracique Résistances des voies aériennes Mécanique ventilatoire Physiologie Résistances aériennes Flux laminaires + turbulents Flux laminaire Loi de Poiseuille : débit dans un tube cylindrique Débit = (∆P x π x r4) / (8 x η x l) η : viscosité (du gaz) ∆P = Q x R Mécanique ventilatoire Physiologie Résistances aériennes Q P2 P1 P1 > P2 Mécanique ventilatoire Physiologie Résistances aériennes ∆P = Q x R ∆P : P alvéole(plèvre) – P bouche Q : débit d’air R : résistance à l’écoulement de l’air R = (8 x η x l) / (π x r4) Si r ↓ alors R ↑ ↑ ↑ ↑ Mécanique ventilatoire Physiologie Résistances aériennes Déterminants des résistances Taille du poumon : diamètre bronche proportionnel à taille du poumon Contraction du ML bronchique Œdème muqueuse bronchique Sécrétions Densité et viscosité du gaz inspiré Mécanique ventilatoire Physiologie Résistances aériennes Figure 10 : Localisation des principaux sites de résistance des voies aériennes. Il faut noter que les bronches de calibre intermédiaire contribuent majoritairement à la résistance alors que les petites voies aériennes ne jouent qu’un rôle très mineur. Mécanique ventilatoire Physiologie Résistances aériennes : exemple : l’asthme Muscle lisse Bronchoconstriction Sécrétions bronchiques Muqueuse bronchique Œdème muqueuses Mécanique ventilatoire Physiologie Résistances aériennes Débit (l/s) Volume (l) Mécanique ventilatoire Physiologie Courbe débit-volume DEFmax ou DEP Débit (l/s) DEF 25% DEF 50% DEF 75% DIF 25% DIFmax ou DIP Volume (l) Mécanique ventilatoire Physiologie Volumes pulmonaires Figure 1 : Mesure de la courbe pression-volume d’un poumon excisé. Le poumon est maintenu quelques instants à chaque niveau de pression pendant que le volume est mesuré. Noter que les courbes lors de l’inflation (inspiration) et de la déflation (expiration) ne sont pas superposables traduisant l’hystérésis. Mécanique ventilatoire Physiologie Volumes pulmonaires Mécanique ventilatoire Physiologie Volumes pulmonaires Volume courant (VT – tidal volume) Volume de réserve inspiratoire (VRI) Volume de réserve expiratoire (VRE) Capacité vitale (CV) Volume résiduel (VR) Capacité pulmonaire totale (CPT) Capacité résiduelle fonctionnelle (CRF) Mécanique ventilatoire Physiologie Volume courant (VT) Volume mobilisé à chaque cycle ventilatoire Automatique (non volontaire) Constant chez l’adulte sain 8 à 10 ml/kg 500 ml ANATOMIE Volumes pulmonaires statiques Volumes (litres) 6 5 VRI CI CV 4 VC 3 CPT VRE 2 1 CRF 0 Temps (sec.) Taema VR Mécanique ventilatoire Physiologie Volume de réserve inspiratoire Volume inspiré audelà du VT après un effort inspiratoire maximal 3000 ml ANATOMIE Volumes pulmonaires statiques Volumes (litres) 6 5 VRI CI CV 4 VC 3 CPT VRE 2 1 CRF 0 Temps (sec.) Taema VR Mécanique ventilatoire Physiologie Volume de réserve expiratoire Volume expiré audelà du VT après un effort expiratoire maximal 1000 ml ANATOMIE Volumes pulmonaires statiques Volumes (litres) 6 5 VRI CI CV 4 VC 3 CPT VRE 2 1 CRF 0 Temps (sec.) Taema VR Mécanique ventilatoire Physiologie Capacité vitale (CV) Volume mobilisé après un effort d’inspiration et d’expiration maximaux ANATOMIE Volumes pulmonaires statiques Volumes (litres) 6 5 VRI CI CV 4 CV = VRI + VT + VRE 5000 ml VC 3 CPT VRE 2 1 CRF 0 Temps (sec.) Taema VR Mécanique ventilatoire Physiologie Volume résiduel (VR) Volume non mobilisable par les efforts respiratoires Non mesurable en spirométrie 1000 ml ANATOMIE Volumes pulmonaires statiques Volumes (litres) 6 5 VRI CI CV 4 VC 3 CPT VRE 2 1 CRF 0 Temps (sec.) Taema VR Mécanique ventilatoire Physiologie Capacité pulmonaire totale (CPT) Volume pulmonaire total CPT = VR + CV CPT = VR + VRI + VT + VRE 6000 ml ANATOMIE Volumes pulmonaires statiques Volumes (litres) 6 5 VRI CI CV 4 VC 3 CPT VRE 2 1 CRF 0 Temps (sec.) Taema VR Mécanique ventilatoire Physiologie Capacité résiduelle fonctionnelle (CRF) Volume pulmonaire après une expiration normale ANATOMIE Volumes pulmonaires statiques Volumes (litres) 6 5 Non calculée spirométrie en VRI CI CV 4 VC 3 CPT VRE 2 1 CRF 0 Temps (sec.) Taema VR ERROR: ioerror OFFENDING COMMAND: image STACK:
