Cours n°6: respiration
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Le système respiratoire Gilles Bourbonnais Plan (1) INTRODUCTION - constituants du système respiratoire - quatre processus qui sous-tendent la respiration ANATOMIE FONCTIONNELLE DU SYSTÈME RESPIRATOIRE Zone de conduction - anatomie des principaux constituants - structure de la paroi des voies respiratoires - fonctions de la zone de conduction Poumons et plèvre Zone respiratoire - constituants et fonction - membrane alvéolo-capillaire Plan (2) MÉCANIQUE DE LA RESPIRATION - introduction à la ventilation pulmonaire - inspiration calme, inspiration forcée - expiration calme, expiration forcée - volumes et capacités respiratoires - deux facteurs qui empêchent les poumons de s’affaisser ÉCHANGES GAZEUX - propriétés fondamentales des gaz - composition du gaz alvéolaire - respiration externe (échanges alvéolaires) mécanisme des échanges alvéolaires principaux facteurs influençant les échanges alvéolaires - respiration interne (échanges tissulaires) Plan (3) TRANSPORT DE L’OXYGÈNE DANS LE SANG - deux formes de transport - association et dissociation de l’oxygène et de l’hémoglobine équation, % de saturation de l’hémoglobine influence de la pO2 sur la saturation de l’Hb principaux facteurs favorisant la libération d’O2 au niveau des tissus - aspect clinique: oxycarbonisme RÉSUMÉ: TRANSPORT ET ÉCHANGES DU CO2 ET DE L’O2 TRANSPORT DU GAZ CARBONIQUE DANS LE SANG - trois formes de transport CO2 - influence du gaz carbonique sur le pH sanguin RÉGULATION DE LA RESPIRATION - centres respiratoires du bulbe rachidien - facteurs influant sur la ventilation VIEILLISSEMENT DU SYSTÈME RESPIRATOIRE Le Système Respiratoire INTRODUCTION: constituants du système respiratoire ZONE DE CONDUCTION: VOIES RESPIRATOIRES - SUPÉRIEURES (extrathoraciques) - INFÉRIEURES (intrathoraciques) ZONE RESPIRATOIRE: - ALVÉOLES - BRONCHIOLES RESPIRATOIRES INTRODUCTION: quatre processus qui sous-tendent la respiration • Ventilation: Mouvements de l’air vers et hors des poumons • Respiration externe: Echanges gazeux entre l’air des cavités pulmonaires et le sang Ventilation Respiration externe Transport • Transport des gaz respiratoires (oxygène et dioxyde de carbone des poumons aux cellules et vice versa • Respiration interne : Echanges gazeux entre le sang et les tissus Respiration interne ZONE DE CONDUCTION: structure de la paroi des voies respiratoires Épithélium cilié des bronches et de la trachée Bronches et bronchioles entourées de muscles lisses. ZONE DE CONDUCTION: constituants du système respiratoire VOIES RESPIRATOIRES -SUPÉRIEURES (extrathoraciques) 1 Luette 2 Langue 3 Pharynx 4 Épiglotte 5 Larynx 6 Œsophage 7 Trachée -INFÉRIEURES (intrathoraciques) ZONE DE CONDUCTION: constituants du système respiratoire VOIES RESPIRATOIRES -SUPÉRIEURES (extrathoraciques) -INFÉRIEURES (intrathoraciques) 1 Poumon 2 Lobe supérieur gauche 3 Lobe inférieur gauche 4 Lobe supérieur droit 5 Lobe moyen droit 6 Lobe inférieur droit 7 Plèvre viscérale 8 Plèvre pariétale 9 Cavité pleurale 10 Diaphragme 11 Trachée 12 Bronches primaires 13 Bronches secondaires 14 Bronches tertiaires 15 Bronchioles ZONE DE CONDUCTION: structure de la paroi des voies respiratoires Plus les conduits deviennent petits dans l’arbre bronchique: - la quantité de cartilage ↓ peu à peu - les cils disparaissent - la quantité de muscles lisses ↑ Au niveau des bronchioles: - pas de cils et pas de cartilage - présence de muscles lisses Principaux facteurs pouvant provoquer: une bronchoconstriction - histamine (réaction allergique) - ↑ des influx parasympathiques une bronchodilatation - adrénaline plasmatique - ↑ des influx sympathiques ZONE DE CONDUCTION: fonctions générales 1) VOIE DE PASSAGE POUR L’AIR La présence de cartilage permet de maintenir les voies respiratoires toujours ouvertes; elles offrent donc une faible résistance au passage de l’air 2) FILTRE, HUMIDIFIE ET RÉCHAUFFE L’AIR Grâce au mucus et aux cils. Les poumons Anatomie Plèvre Plèvre pariétale Plèvre viscérale Diaphragme Trachée 2 bronches bronchioles Poumon droit : 3 lobes Poumon gauche : 2 lobes ZONE RESPIRATOIRE : constituants du système respiratoire - ALVÉOLES - BRONCHIOLES RESPIRATOIRES 1 Bronchioles 2 Alvéoles 3 Artère pulmonaire 4 Veine pulmonaire 5 Capillaires pulmonaires 6 Circulation sanguine 7 Flux d'air ZONE RESPIRATOIRE : constituants du système respiratoire CONSTITUANTS - ALVÉOLES - BRONCHIOLES RESPIRATOIRES ET CONDUITS ALVEOLAIRES (portent des alvéoles) FONCTION : LIEU DES ÉCHANGES GAZEUX ENTRE LE SANG ET L’AIR ALVÉOLAIRE Respiration externe ZONE RESPIRATOIRE : membrane alvéolo-capillaire Bronchioles se terminent par des sacs alvéolaires Surface totale ~ terrain de tennis ZONE RESPIRATOIRE : membrane alvéolo-capillaire PERMET DES ÉCHANGES RAPIDES ENTRE LE SANG ET L’AIR ALVÉOLAIRE (parce qu’elle est très mince et sa surface totale est très grande) O2 CO2 ZONE RESPIRATOIRE: autres constituants de la paroi alvéolaire O2 CO2 PNEUMOCYTES DE TYPE II Rôle: sécrétion du surfactant MACROPHAGOCYTES ALVÉOLAIRES Rôle: phagocytose Surfactant: diminue la tension superficielle de la surface ==> empêche les alvéoles de s’affaisser. Plan (2) MÉCANIQUE DE LA RESPIRATION - introduction à la ventilation pulmonaire - inspiration calme, inspiration forcée - expiration calme, expiration forcée - volumes et capacités respiratoires - deux facteurs qui empêchent les poumons de s’affaisser ÉCHANGES GAZEUX - propriétés fondamentales des gaz - composition du gaz alvéolaire - respiration externe (échanges alvéolaires) mécanisme des échanges alvéolaires principaux facteurs influençant les échanges alvéolaires - respiration interne (échanges tissulaires) VENTILATION PULMONAIRE: Introduction • VENTILATION: écoulement d’air qui s’effectue entre l’air atmosphérique et l’air alvéolaire. Air atmosphérique • RÔLE: renouveler l’air alvéolaire afin de maintenir sa composition stable. Air alvéolaire • Un écoulement d’air s’effectue lorsqu’il existe un gradient de pression entre l’air atmosphérique et l’air alvéolaire (PRESSION ÉLEVÉE → PRESSION FAIBLE) Patm = 0 Palv=-1 Patm = 0 Palv=+1 Les pressions sont toujours exprimées par rapport à la pression atmosphérique (Patm = 760 mmHg = 0) (ex: - 4 mmHg au lieu de 756 mmHg) VENTILATION PULMONAIRE: Introduction Loi de Boyle-Mariotte : PV=constante (T°=constante) ΔV→ ΔP →E (écoulement des gaz) Inspiration calme Expiration calme Inspiration calme = active Expiration calme = passive Contraction des muscles inspiratoires : Relâchement des muscles inspiratoires : - Diaphragme - Diaphragme - Muscles intercostaux externes - Muscles intercostaux externes Inspiration forcée La contraction de certains muscles du cou (scalènes, SCM, petit pectoral) permet d’élever les côtes plus haut encore que pendant l’inspiration calme. Expiration forcée Processus actif: contraction des muscles expiratoires - muscles abdominaux - muscles intercostaux internes La contraction des muscles expiratoires (intercostaux internes, muscles abdominaux) permet de diminuer encore plus le volume de la cage thoracique Pressions dans la cavité thoracique Pression intra-alvéolaire ou intrapulmonaire : Palv = -1 (inspiration) à +1 mm Hg (expiration) Pression intrapleurale (entre les 2 plèvres) : Pip fluctue aussi mais toujours < à Palv (-4 à -7 mm Hg) Plèvre pariétale Plèvre viscérale Pression transpulmonaire = Palv- Pip >0 Sinon affaissement des poumons (= atélectasie) Ce système ne peut fonctionner si la cage thoracique est perforée ==> affaissement des poumons = pneumothorax Plèvre pariétale Plèvre viscérale Facteurs physiques influant sur la ventilation pulmonaire • Résistance des conduits aériens E = ΔP/R (E=écoulement, ΔP=Patm-Palv, R= résistances) Maximale pour bronches de moyen calibre ↑ en cas de bronchoconstriction (asthme) • Compliance pulmonaire → Elasticité pulmonaire : CL = ΔV/Δ(Palv-Pip) ΔV=variation de volume pulmonaire, Δ(Palv-Pip)= variation de pression transpulmonaire → maintient les alvéoles ouvertes • Tension superficielle dans les alvéoles Elevée si uniquement eau (molécule polaire)→ affaissement des alvéoles ↓ grâce au surfactant pulmonaire (phospholipides+glycoprotéines) La compliance • Mesure la facilité de dilatation des poumons et d’expansion du thorax – Plus la compliance est grande, plus il est facile de provoquer une expansion avec un changement de pression – Une compliance diminuée signifie que le poumon et le thorax se gonflent plus difficilement : • En cas de – Fibrose Pulmonaire – Oedème Pulmonaire – Syndrome de détresse respiratoire Volumes et Capacités Pulmonaires Volume courant (VC) Volume d’air inspiré ou expiré lors d’une inspiration ou d’une expiration normale : 0,5 L Volume de réserve inspiratoire (VRI) Volume additionnel possible qui peut entrer dans les poumons lors de l'inspiration forcée en plus du volume courant : 2,5 L Volume de réserve expiratoire (VRE) À partir de la position d'équilibre, soit après une expiration normale, il est possible d'expirer de façon forcée 1,5 L Volume résiduel (VR) Volume de gaz restant dans les poumons après une expiration forcée Volumes et Capacités Pulmonaires Capacité inspiratoire (CI) CI = VC + VRI Capacité résiduelle fonctionnelle (CRF) CI CRF = VR + VRE CPT Capacité vitale (CV) CV = VC + VRI + VRE Capacité pulmonaire totale (CPT) CPT = VC + VRI + VRE + VR CV CRF Volumes et Capacités Pulmonaires Se mesurent à l’aide d’un spiromètre CPT CV CI CRF A- Capacité pulmonaire totale B- Capacité vitale C- Volume courant Ventilation Deux facteurs qui empêchent les poumons de s’affaisser Les poumons ont tendance continuellement à se rétracter pour deux raisons: - les poumons sont constituées de fibres élastiques: ces dernières cherchent à faire rétracter les poumons lorsqu’on cesse de les étirer. - l’intérieur des alvéoles est recouvert d’une pellicule d’eau. La tension superficielle de l’eau favorise la rétraction de chaque alvéole. Premier facteur qui empêche les poumons de s’affaisser: Le liquide intrapleural « colle » les poumons à la cage thoracique. Les poumons ne peuvent pas suivre leur tendance naturelle à la rétraction mais doivent suivre tous les mouvements de la cage thoracique. Ventilation Deux facteurs qui empêchent les poumons de s’affaisser ATÉLECTASIE ET PNEUMOTHORAX Atélectasie: affaissement des alvéoles Principale cause: pneumothorax (présence d’air dans la cavité pleurale) Ventilation Deux facteurs qui empêchent les poumons de s’affaisser Deuxième facteur qui empêche les poumons de s’affaisser: Le surfactant recouvre l’intérieur de chaque alvéole, ce qui a pour effet de ↓ la tension superficielle de l’eau. La présence de surfactant empêche l’affaissement des alvéoles. Syndrome de détresse respiratoire du nouveau-né • Cause: manque de surfactant (fréquent chez les prématurés) • Symptômes: l’inspiration demande des efforts épuisants pour gonfler les alvéoles qui se sont affaissées. • Traitement: respirateur qui pousse de l’air et maintient les alvéoles toujours ouvertes + pulvérisation de surfactant. Echanges gazeux RESPIRATION EXTERNE: Échanges d’O2 et de CO2 entre l’air alvéolaire et le sang RESPIRATION INTERNE: Échanges d’O2 et de CO2 entre le sang et les cellules Echanges gazeux : Propriétés fondamentales des gaz LOI DE DALTON : la pression totale exercée par un mélange de gaz est égale à la somme des pressions partielles de chacun des gaz constituants. PRESSION PARTIELLE = pression exercée par un gaz dans un mélange Gaz constituant Pourcentage dans l’air atmosphérique Pression partielle Azote (N2) 78,6% pN2 = 760 X 78,6% = 597 mmHg Oxygène (O2 ) 20,9 % pO2 = 760 X 20,9% = 159 mmHg Gaz carbonique (CO2 ) 0,04% pCO2 = 760 X 0,04% = 0,3 mmHg Eau (H2O) 0,46% (variable) pH2O = 760 X 0,46% = 3,7 mmHg Echanges gazeux : Propriétés fondamentales des gaz Deux principaux facteurs qui influencent la quantité de gaz pouvant se dissoudre dans un liquide: 1) Pression partielle du gaz (Loi de Henry) (un gaz se dissout dans une solution en proportion de sa pression partielle dans le mélange gazeux en contact avec la solution) 2) Solubilité du gaz (volume de gaz dissous dans une solution varie avec la solubilité de ce gaz) • Le CO2 est 20 fois plus soluble dans l’eau que l’O2 • Pour une même pression partielle, il y aura 20 fois plus de CO2 dissous dans le sang que d’O2 dissous dans le sang. Echanges gazeux : composition du gaz alvéolaire L’AIR ALVÉOLAIRE CONTIENT MOINS D’O2, PLUS DE CO2 ET PLUS D’H2O QUE L’AIR ATMOSPHÉRIQUE . air atmosphérique pO2=159 pCO2=0,3 pH2O=3,7 mmHg L’air s’humidifie lors La ventilation permet un renouvellement partiel de l’air alvéolaire. de son passage le long des voies respiratoires air alvéolaire pO2=104 pCO2=40 pH2O: 47 mmHg CO2 O2 L’air alvéolaire cède de l’O2 au sang et recueille du CO2 provenant du sang. La composition de l’air alvéolaire est influencée par: - la ventilation pulmonaire (fréquence et amplitude respiratoire) - la composition de l’air atmosphérique Echanges gazeux : respiration externe (échanges alvéolaires) · S’EFFECTUE ENTRE LES ALVÉOLES (air alvéolaire) ET LES CAPILLAIRES PULMONAIRES (sang) CO2 O2 Capillaire pulmonaire · À TRAVERS LA MEMBRANE ALVÉOLO-CAPILLAIRE · CHAQUE GAZ DIFFUSE SELON SON GRADIENT DE PRESSION PARTIELLE (élevée → faible) JUSQU’À ÉQUILIBRE (air et sang ont la même pression partielle). Echanges gazeux : mécanismes des échanges alvéolaires pour l’oxygène Ventilation: permet de renouveler l’air alvéolaire et de maintenir la pO2 alvéolaire stable. air alvéolaire pO2=104 pO2=104 pO2=104 pO2=104 Sang Sang veineux pO2=40 pO2=60 pO2=80 pO2=104 artériel ·L’O2 DIFFUSE DE L’AIR ALVÉOLAIRE (pO2 = 104) VERS LE SANG (pO2 = 40) Le sang artériel ne peut pas avoir une ·LA DIFFUSION CESSE LORSQUE pO2 supérieure à la pO2 ARTÉRIELLE = pO2 ALVÉOLAIRE = 104 mmHg pO2 alvéolaire Echanges gazeux : mécanismes des échanges alvéolaires pour le CO2 Ventilation: permet de renouveler l’air alvéolaire et de maintenir la pCO2 alvéolaire stable. air alvéolaire pCO2=40 pCO2=40 pCO2=40 pCO2=40 Sang Sang veineux pCO2=45 pCO2=43 pCO2=41 pCO2=40 ·LE CO2 DIFFUSE DU SANG VEINEUX (pCO2 = 45) VERS L’AIR ALVÉOLAIRE (pCO2 = 40) ·LA DIFFUSION CESSE LORSQUE pCO2 ARTÉRIELLE = pCO2 ALVÉOLAIRE = 40 mmHg artériel En temps normal, le sang artériel qui quitte un capillaire pulmonaire à la même pO2 et la même pCO2 que l’air alvéolaire. Echanges gazeux : échanges alvéolaires Respiration externe O2 CO2 Air inspiré=760 mmHg Air expiré=760 mmHg PO2=160 mm Hg PO2=120 mm Hg PCO2=0,3 mmHg PCO2=27 mmHg O2 CO2 O2 CO2 O2 CO2 Sang entrant dans les capillaires alvéolaires Sang sortant des capillaires alvéolaires PO2=40 mm Hg PO2=104 mm Hg PCO2=45 mmHg PCO2=40 mmHg O2 CO2 Echanges gazeux : principaux facteurs influençant les échanges alvéolaires 1/ Le gradient de pression partielle ex.: si haute altitude →↓ pO2 alvéolaire →↓ gradient de pO2 entre le sang et l’air alvéolaire →↓ vitesse des échanges gazeux →↓ pO2 artérielle 2/ Epaisseur de la membrane alvéolo-capillaire Si ↑ de l’épaisseur de la membrane alvéolo-capillaire (ex.:œdème pulmonaire où ↑ LI ) →↓ vitesse des échanges → ↓ pO2 artérielle 3/ Surface totale de la membrane alvéolo-capillaire Si surface totale ↓ (ex.: emphysème où destruction des parois alvéolaires) → ↓ vitesse des échanges → ↓ pO2 artérielle Echanges gazeux : principaux facteurs influençant les échanges alvéolaires 4/ Couplage ventilation – perfusion (rapport VA/Q) Pour une efficacité maximale, il faut une concordance entre la ventilation alvéolaire et l’écoulement sanguin → 2 systèmes couplés a/ si ventilation ↓ → pO2 ↓ → artérioles se contractent → perfusion ↓ si ventilation ↑ → pO2 ↑ → artérioles se dilatent → perfusion ↑ b/ si ↑ pCO2 alvéolaire → bronchioles se dilatent Echanges gazeux : respiration interne (échanges tissulaires pour l’oxygène) • S’EFFECTUE ENTRE LE SANG (dans les capillaires d’un tissu) ET LES CELLULES (via le LI). • CHAQUE GAZ DIFFUSE SELON SON GRADIENT DE PRESSION PARTIELLE (élevée à faible) JUSQU’À ÉQUILIBRE (sang et LI ont les mêmes pO2 et pCO2 ) Cellules pO2=40 pO2=40 pO2=40 pO2=60 pO2=40 pO2=80 pO2=40 pO2=104 Liquide interstitiel Sang La composition du LI peut être considérée comme stable parce que le LI établit des échanges avec le sang et avec les cellules. Echanges gazeux : respiration interne (échanges tissulaires pour le CO2) La composition du LI peut être considérée comme stable parce que le LI établit des échanges avec le sang et avec les cellules. Cellules pCO2=45 pCO2=45 pCO2=45 pCO2=43 pCO2=45 Liquide interstitiel pCO2=40 LE SANG VEINEUX QUI SORT D’UN TISSU A LA MÊME pO2 ET LA MÊME pCO2 QUE LE LIQUIDE INTERSTITIEL DE CE TISSU. Sang Echanges gazeux : respiration interne Respiration interne O2 CO2 Sang sortant des capillaires systémiques Sang entrant dans les capillaires systémiques PO2=40 mm Hg PO2=104 mm Hg PCO2=45 mmHg PCO2=40 mmHg Tissus PO2< 40 mm Hg PCO2 >45 mmHg Valeur d’un tissu au repos PO2=40 mm Hg PCO2=45 mmHg O2 CO2 O2 CO2 Plan (3) TRANSPORT DE L’OXYGÈNE DANS LE SANG - deux formes de transport - association et dissociation de l’oxygène et de l’hémoglobine équation, % de saturation de l’hémoglobine influence de la pO2 sur la saturation de l’Hb principaux facteurs favorisant la libération d’O2 au niveau des tissus - aspect clinique: oxycarbonisme RÉSUMÉ: TRANSPORT ET ÉCHANGES DU CO2 ET DE L’O2 TRANSPORT DU GAZ CARBONIQUE DANS LE SANG - trois formes de transport CO2 - influence du gaz carbonique sur le pH sanguin RÉGULATION DE LA RESPIRATION - centres respiratoires du bulbe rachidien - facteurs influant sur la ventilation VIEILLISSEMENT DU SYSTÈME RESPIRATOIRE Transport des gaz dans le sang TRANSPORT DE L’O2 Poumons → Cellules TRANSPORT DU CO2 Cellules → Poumons Transport de l’oxygène dans le sang : deux formes de transport 1/ O2 dissous dans le plasma 1,5 % détermine la pO2 du sang 2/ O2 COMBINÉ À L’HÉMOGLOBINE 98,5 % O2 O2 · se fixe sur le fer de la partie hème de l’Hb · chaque molécule d’Hb peut transporter 4 molécules d’O2 O2 O2 Hémoglobine: 2 chaînes α et 2 chaînes β 4 hèmes Chaque hème contient un atome de Fe pouvant fixer un O2 → chaque Hb peut fixer 4 O2 Hème Fixation de 1 O2 ==> facilite la fixation des 3 autres Libération de 1 O2 ==> facilite la libération des 3 autres ASSOCIATION ET DISSOCIATION DE L’O2 ET DE L’Hb équation, pourcentage de saturation O2 peu soluble dans l’eau : ~ 2% de O2 transporté sous forme dissoute dans le sang Presque tout l’O2 (98%) se combine à l’hémoglobine (Hb) poumons HHb + O2 tissus HbO2 + H+ déoxyhémoglobine oxyhémoglobine POURCENTAGE DE SATURATION DE L’Hb: % de saturation de l’Hb = quantité d’oxyhémoglobine X 100 quantité totale d’Hb Ex.: une valeur de 40% indique que l’Hb est à 40% de sa capacité maximale de transport de l’O Si pO2 HHb + O2 HbO2 + H+ Si pO2 HHb + O2 HbO2 + H+ ASSOCIATION ET DISSOCIATION DE L’O2 ET DE L’Hb influence de la pO2 sur la saturation de l’Hb si pO2 DU SANG ↑ (O2 dissous dans plasma) % SATURATION Hb ↑ (O2 combiné à l’Hb) pO2 veineux =40 pO2 artériel = 100 % saturation = 75 % saturation = 98 pO2 HHb + O2 HbO2 + H+ ASSOCIATION ET DISSOCIATION DE L’O2 ET DE L’Hb influence de la pO2 sur la saturation de l’Hb POUR pO2 ENTRE 10 et 40 mmHg (sang veineux) 75% % SATURATION Hb VARIE DE FAÇON ABRUPTE <75% pO2 veineux entre 10 et 40 si tissus plus actifs métaboliquement LIBÉRATION FACILE D’O2 PAR L’Hb (au niveau des tissus) pO2 veineux = 40 Si tissus au repos ASSOCIATION ET DISSOCIATION DE L’O2 ET DE L’Hb influence de la pO2 sur la saturation de l’Hb POUR pO2 ARTÉRIELLE ENTRE 70 et 100 mmHg % SATURATION Hb DEMEURE SUPÉRIEURE À 95% → QUANTITÉ d’O2 TRANSPORTÉE DANS LE SANG DEMEURE ÉLEVÉE PLUSIEURS SITUATIONS (ex.: haute altitude, maladies respiratoires) ↓ pO2 ARTÉRIELLE MODÉRÉE ( >70 mmHg) → % SATURATION Hb ÉLEVÉE ( > 95 %) → APPORT SUFFISANT D’O2 AUX TISSUS LORS D’ACTIVITÉS NORMALES (risque d’un manque d’O2 si activités intenses) ASSOCIATION ET DISSOCIATION DE L’O2 ET DE L’Hb principaux facteurs favorisant la libération d’O2 au niveau des tissus PLUSIEURS FACTEURS : ↑Température, ↑ [H+] , ↑ pCO2 , ↑ 2,3-DPG → ↓ affinité de l’Hb pour l’O2 → DEPLACEMENT DE LA COURBE VERS LA DROITE → FAVORISE LA DISSOCIATION DE L’OXYGENE DU SANG ASSOCIATION ET DISSOCIATION DE L’O2 ET DE L’Hb principaux facteurs favorisant la libération d’O2 au niveau des tissus PLUSIEURS FACTEURS : ↑Température, ↑ [H+] , ↑ pCO2 , ↑ 2,3-DPG → ↓ affinité de l’Hb pour l’O2 → DEPLACEMENT DE LA COURBE VERS LA DROITE → FAVORISE LA DISSOCIATION DE L’OXYGENE DU SANG ASSOCIATION ET DISSOCIATION DE L’O2 ET DE L’Hb principaux facteurs favorisant la libération d’O2 au niveau des tissus Effet Bohr Courbe de dissociation de l’oxyhémoglobine L’hyperventilation fait augmenter la concentration en O2 dans les poumons et diminuer la concentration en CO2 (PO2 et PCO2 ) Affinité de l’Hb pour l’O2 diminue si le pH diminue ( CO2). pH activité affinité de O2 avec Hb CO2 pH libération O2 libération O2 TRANSPORT DE L’O2 DANS LE SANG Oxycarbonisme (intoxication au CO) CO CO CO Affinité de Hb pour CO (monoxyde de carbone) est 200 fois plus élevée que pour O2. 0,1 % CO dans l ’air→ 50% Hb inactivé 0,2 % CO dans l ’air → Mortel O2 TRANSPORT DU CO2 DANS LE SANG : 3 formes de transport 1. CO2 DISSOUS DANS LE PLASMA 2. CO2 COMBINÉ À L’HÉMOGLOBINE (Hb.CO2 ) 7 à 10% détermine la pCO2 du sang 20 à 30% 3. IONS BICARBONATES DISSOUS DANS LE PLASMA • se combine avec la partie globine de l’Hb • équation de la réaction du CO2 avec Hb CO2 + Hb → Hb.CO2 carbhémoglobine CO2 TRANSPORT DU CO2 DANS LE SANG : 3 formes de transport CO2 + H2O Anhydrase carbonique H2CO3 acide carbonique HCO3- + H+ ion bicarbonate HCO 3CO2 Contrôle du pH: • Élimination du CO2 par les poumons • Élimination des H+ par les reins TRANSPORT DU CO2 DANS LE SANG : influence du CO2 sur le pH sanguin Si CO2 ↑ dans le sang → ↑H+ ( ↓ pH sanguin) CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+ H+ ↑ CO2 ↑ L’HÉMOGLOBINE ET PLUSIEURS AUTRES SUBSTANCES TAMPONS CAPTENT LES H+ : empêche le pH du sang veineux de diminuer trop. CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+ HbH HbO2 Hb + O2 LA VENTILATION PULMONAIRE PEUT CONTRIBUER À RAMENER LE pH À LA NORMALE DANS UN CAS DE DÉSÉQUILIBRE ACIDOBASIQUE. TRANSPORT DU CO2 DANS LE SANG Effet Haldane : influence de la pO2 sur l’affinité du CO2 pour l’Hb RÉSUMÉ: TRANSPORT ET ÉCHANGES DU CO2 ET DE L’O2 AU NIVEAU TISSULAIRE RÉSUMÉ: TRANSPORT ET ÉCHANGES DU CO2 ET DE L’O2 AU NIVEAU DES POUMONS Régulation de la respiration Centre de contrôle nerveux de la respiration dans le tronc cérébral (bulbe rachidien). Centre de contrôle envoie des influx aux muscles respiratoires (12 à 18 fois à la minute au repos). Récepteurs de tension dans les poumons inhibent le centre respiratoire: inspiration ==> inhibition CENTRES RESPIRATOIRES DU BULBE RACHIDIEN dans le bulbe rachidien Centre Centre expiratoire inspiratoire nerfs Muscles expiratoires - abdominaux - intercostaux internes nerfs Muscles inspiratoires - diaphragme - intercostaux externes CENTRES RESPIRATOIRES DU BULBE RACHIDIEN si FR =12 /min Centre Inspiratoire bulbaire actif pendant 2 sec envoie des influx nerveux LES MUSCLES INSPIRATOIRES PRINCIPAUX SE CONTRACTENT INSPIRATION CALME inactif pendant 3 sec cesse d’envoyer des influx nerveux LES MUSCLES INSPIRATOIRES PRINCIPAUX SE RELÂCHENT EXPIRATION CALME CENTRES RESPIRATOIRES DU BULBE RACHIDIEN UNE RESPIRATION FORCÉE FAIT INTERVENIR LES CENTRES INSPIRATOIRE ET EXPIRATOIRE. Centre Inspiratoire actif active Centre Expiratoire LES MUSCLES INSPIRATOIRES MUSCLES EXPIRATOIRES -PRINCIPAUX (diaphragme, int. externes) (abdominaux, int. internes) SE CONTRACTENT -ACCESSOIRES (scalènes, SCM,…) SE CONTRACTENT INSPIRATION FORCEE EXPIRATION FORCEE FACTEURS INFLUANT SUR LA VENTILATION: introduction POUR RÉPONDRE PLUSIEURS FACTEURS AUX BESOINS DE agissent sur le L’ORGANISME CENTRE INSPIRATOIRE déclenche MUSCLES INSPIRATOIRES ↑ force de contraction ↑durée de l’inspiration modifie modifie ↑ AMPLITURE RESPIRATOIRE ↑ FREQUENCE RESPIRATOIRE (volume courant) ↑ VENTILATION PULMONAIRE = FR x VC FACTEURS INFLUANT SUR LA VENTILATION CHIMIORÉCEPTEURS LES FACTEURS CHIMIQUES SONT LES PLUS IMPORTANTS PÉRIPHÉRIQUES situés dans la crosse aortique et les carotides Sensibles CHIMIORÉCEPTEURS à pO2 artérielle CENTRAUX au pH artériel (lié à pCO2 situés dans le bulbe ou autres causes) rachidien (sensible à ↓ pH du LCR←↑ pCO2 artérielle) Le centre respiratoire est sensible au pH du LCR (chimiorécepteurs centraux) pH ==> Stimulation du centre respiratoire pH ==> Inhibition du centre respiratoire [CO2] sang ==> pH LCR ==> ventilation pulmonaire [CO2] sang ==> pH LCR ==> ventilation pulmonaire Le centre respiratoire reçoit aussi des influx nerveux provenant de chimiorécepteurs périphériques, des récepteurs nerveux sensibles aux concentrations plasmatiques (dans le sang) de CO2 et d’O2 Ces récepteurs sont situés dans la crosse aortique et les carotides (plus précisément, les sinus carotidiens). Hausse de CO2 ou importante baisse de O2 Augmentation de la fréquence respiratoire FACTEURS INFLUANT SUR LA VENTILATION Facteurs chimiques 1) SI ↑pCO2 ARTÉRIELLE →↑VENTILATION (excrétion de l’excès de CO2) FACTEUR TRÈS IMPORTANT: INTERVIENT CONTINUELLEMENT . adapte la ventilation au métabolisme cellulaire . déclenche une reprise de la ventilation après un arrêt volontaire 2) SI ↓pO2 ARTÉRIELLE →↑VENTILATION (entrée de plus d’O2) INTERVIENT SEULEMENT DANS LES CAS EXTRÊMES (si ↓pO2 ARTÉRIELLE < 60 mmHg) (ex.: haute altitude, maladies respiratoires) N’INTERVIENT PAS SI ↓O2 LIÉ à Hb MAIS pO2 ARTÉRIELLE DEMEURE NORMALE (ex.:anémie modérée, intoxication au monoxyde de carbone (CO) 3) Si ↑H+ ( ↓pH) ARTÉRIEL →↑ VENTILATION (permet de ramener le pH à la normale en excrétant plus de CO2) VISE À MAINTENIR LE pH STABLE NE VISE PAS À MAINTENIR LA pO2 OU LA pCO2 ARTÉRIELLE STABLE Système respiratoire joue aussi un rôle dans le contrôle du pH sanguin. Anhydrase carbonique (Globules Rouges) CO2 + H2O H2CO3 H2CO3 H+ + HCO3- [CO2] sang ==> [H2CO3] ==> pH [CO2] sang ==> [H2CO3] ==> pH FACTEURS INFLUANT SUR LA VENTILATION autres facteurs : centres cérébraux supérieurs DOULEUR, ÉMOTIONS, TEMPÉRATURE HYPOTHALAMUS VOLONTÉ CORTEX CÉRÉBRAL CENTRE RESPIRATOIRE MODIFICATION DE LA VENTILATION FACTEURS INFLUANT SUR LA VENTILATION autres facteurs : réflexes déclenchés par les agents irritants AGENT IRRITANT RÉCEPTEURS dans trachée ou bronches dans fosses nasales CENTRE RESPIRATOIRE REFLEXE DE TOUX REFLEXE D’ETERNUEMENT Vieillissement du système respiratoire Ventilation diminue (parce que la paroi thoracique devient plus rigide et les poumons deviennent moins élastiques) Plus d’infections respiratoires (surtout grippe et pneumonie) (parce que les mécanismes de protection du système respiratoire deviennent moins efficaces) Plus sujets à l’apnée du sommeil (parce que régulation par le CO2 est moins efficace) Imagerie de la ventilation pulmonaire IRM dynamique de l’Hélium3 hyperpolarisé Ventilation defects Animation from the dynamic acquisition Anatomical static image Control group Rats exposés à l’ozone Imagerie de la ventilation pulmonaire IRM dynamique de l’Hélium3 hyperpolarisé Rats contrôles Anatomical static image Volume map Dynamic acquisition Gas arrival time map Rats exposés à l’ozone Anatomical static image Volume map Dynamic acquisition Gas arrival time map Imagerie fluoroscopique de la ventilation pulmonaire
