Ventilation alvéolaire

L2 médecine AMIENS 2011/2012 –S4 UE4 – Dr S BAYAT - Ventilation alvéolaire
Ventilation alvéolaire
I. Volume pulmonaire.
I.1. Définitions.
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Volume courant VT : volume mobilisé pendant la respiration normale au repos (500mL)
Volume de réserve inspiratoire VRI : volume maximal qui peut être inspiré en plus du VT lors
de l’inspiration maximale (3L)
Volume de réserve expiratoire VRE : volume maximal qui peut être expiré en plus du VT lors
de l’expiration forcée (1L)
Volume résiduel VR : volume qui reste même après expiration forcée (1L) => volume non
mobilisable
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Capacité inspiratoire : volume total qui peut être inspiré après une expiration courante (3,5L)
o CI = VT + VRI
Capacité résiduelle fonctionnelle : l’air qui reste dans le poumon après une expiration
courante (2,2L)
o CRF = VR + VRE
Capacité vital (inclus tous les volumes mobilisables) : volume total d’air qui peut être mobilisée
au cours d’une inspiration + expiration maximales (4,5L)
o CV = VT + VRI + VRE
Capacité pulmonaire totale : somme de tous les volumes pulmonaires (5,7L)
o CPT = VT + VRI + VRE + VR
I.2. Méthodes de mesure.
I.2.1. Spirométrie.
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Spiromètre à cloche => de moins en moins utilisé
o Mesure une variation de volume en fonction du temps
o Cloche, reliée à un enregistreur, baigne dans un cylindre avec de l’eau et enregistre quand
on souffle.
Pneumotachographe :
o Mesure le débit (ΔP/R) en fonction du temps
o Mesure d’un volume => par intégration débit x temps
o Cylindre avec un grillage qui est une résistance connue. Ainsi on mesure la pression de part
et d’autre de cette résistance pour connaitre le débit. A chaque point on multiplie le débit
(L/s) par le temps (s) pour obtenir un volume. La somme de tous les volumes donne la
surface sous la courbe de débit.
Ces deux techniques permettent de mesurer les volumes mobilisables uniquement
o On ne peut pas connaitre : le VR, la CRF, CPT
I.2.2. Dilution d’hélium.
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Mesure des volumes pulmonaires avec un analyseur de gaz qui permet de mesurer la concentration
de l'hélium. Le patient est connecté à un spiromètre et respire dans un sac le volume connu et la
concentration connue d'He. On connait C1 et V1, on laisse le sujet respirer et à la fin d'une
expiration normale on ouvre le robinet et donc le sujet mélange les gaz dans le sac, on mesure
quand les concentrations sont stable c'est la C2.
C1 x V1 = C2 x V2 = C2 x (V1 + CRF) => CRF, VR et CPT peuvent être mesurées
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20 février 2012
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VR = CRF – VRE – Vdspiromètre (volume mort)
NB : la dilution d’He sous-estime la CRF : zones mal ventilées exclues de la mesure
I.2.3. Pléthysmographe corporelle.
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Sujet assis dans une cabine fermée
Le clapet est fermé en fin d’expiration (CRF)
Expiration forcée contre clapet fermé : ΔV↑et Vpleth ↑=>P↓
Débit = 0, Pao mesurable
Dans la cabine :
o P1 x Vpleth = P2 x (Vpleth + ΔV)
 ΔV est donné par Δpléthysmographe = KΔVpléthysmographe
Dans le système respiratoire :
o Pao1 x CRF = Pao2 x (CRF-ΔV)
 CRF peut être calculé
 CRFpléthysmographe>CRF
 La différence donne un renseignement des zones mal ventilées : ↑ en cas
d’obstructions.
1 Ventilation
1.1 Débits ventilatoires
1.2 Pression partielle des gaz
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2
Espace mort anatomique (VD avec d pour dead) : espace où il n’y a pas d’échange
gazeux avec le sang
Le volume courant inspiré (VT) au repos est d’environ 500 mL, dont 150ml reste
dans l’espace mort anatomique et ne participent donc pas à la ventilation, les 350
mL restant se mélangent avec les 150 mL déjà présents dans l’espace mort
anatomique avant l’inspiration, vont pouvoir participer à la ventilation
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1.2.1 Gaz inspiré :
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FiO2 = 20.93 %
FiCO2 = 0.04 %
PIO2 = FIO2 × PB (pression barométrique)
o PB = 760 mmHg au niveau de la mer
PIO2 = 0.2093 × 760 = 159 mmHg
PICO2 = 0.0004 × 760 = 0.3 mmHg
PIN2 = 600.6 mmHg
NB: air sec
Ce sont les conditions de STPD = standard temperaturepressure, dry (273° K) (dry
pour sec)
Si on monte en altitude :
o ↓ PB
o FIO2 = toujours 20.93 %
o PB = 380 mmHg à 5500 m
o Donc diminution de PIO2 = 0.2093 × 380 = 79.5 mmHg
o PICO2 = 0.15 mmHg
o PIN2 = 300.4 mmHg
o NB: air sec
Au contact des voies aériennes de conduction, l’air inspiré se charge en vapeur
d’eau et se réchauffe
o PIO2 = FIO2 × (PB – PH2O)
o PH2O = 47 mmHg à 37° C
o PIO2 = 0.2093 × (760 – 47) = 149 mmHg
o PICO2 = 0.3 mmHg
o PIN2 = 564 mmHg
o PIH2O = 47 mmHg
o NB: air humide à 37° C
o Ce sont les conditions BTPS (Body temperature 310° K, Pressure,Saturated)
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PB : pression barométrique
o ↓ PB exponentielle avec l’altitude
o Au sommet de l’Everest (8848 m) la PIO2 est de 43 mmHg !
1.2.2 Gaz alvéolaire :
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Volume de gaz alvéolaire = 2500 à 3000 ml
Renouvelé par 350 ml de volume courant à chaque cycle respiratoire
300 ml d’O2 prélevé par minute
250 ml de CO2 rejeté par min
PAO2 et PACO2 sont donc déterminés par :
o Ventilation alvéolaire
o Perfusion sanguine alvéolaire
o Production de CO2
o Consommation d’O2
PAO2= 104 mmHg
PACO2 = 40 mmHg
PAN2 = 569 mmHg
PAH2O = 47 mmHg
1.2.3 Gaz expiré :
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Gaz expiré = mélange de gaz alvéolaire (350 ml) et de gaz inspiré qui restait dans
l’espace mort anatomique (150 ml)
- PEO2> PAO2car on ajoute l’O2 présent dans l’espace mort anatomique
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PECO2< PACO2 car il y a peu de CO2 dans le VD
PEO2 = 120 mmHg
PECO2= 27 mmHg
PEN2 = 560 mmHg
PEH2O = 47 mmHg
1.3 Espace mort anatomique
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Mesure de VD anatomique (Méthode de Fowler)
o Inspiration maximale d’un gaz avec FiO2= 100%
o Expiration maximale (au début N à 0 puis augmentationrapide, puis plateau
qui augmente légèrement)
o Analyse en continu de la concentration de N2 dans l’air expiré (analyseur de
gaz à infrarouge)
o VD correspond au volume où surface A = surface B
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o Au début de l’expiration c’est le gaz de l’espace mort (qui ne contient pas
d’azote) ensuite c’est un mélange entre gaz de l’espace mort et gaz
alvéolaire donc [N} augmente, puis plateau tout le gaz qui sort est du gaz
alvéolaire.
Le plateau n’est pas plat car certaines alvéoles se vidanges moins vites donc
PACO2 un peu supérieure, d’autres alvéoles se vidanges plus vite donc PACO2 est
un peu moins élevée donc il y a une légère variation de concentration en azote
VD anatomique varie peu dans des conditions physiologiques
o ↓ VD si bronchoconstriction sévère
o ↑VD : VD "instrumental" (plongée, masque à O2, respirateur… lorsque l’on
réinspire l’air déjà expiré dans le tuyau)
1.4 Espace mort physiologique
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Dans certaines alvéoles il n’y a pas ou peu d’échange gazeux, cause de l’inégalité
de perfusion ou de ventilation alvéolaire. Ces alvéoles représentent l’espace mort
physiologique ou « alvéolaire »
Dans les conditions physiologiques cette espace mort physiologique est faible mais
peut augmenter dans des conditions pathologiques
Principe de mesure : le CO2 dans le gaz expiré ne provient que des alvéoles
perfusées
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VT = VD + VA
VA x FECO2 = VD x FICO2 + (VT – VD) x FACO2
FICO2 ≈ 0%
VD / VT = (PACO2 - PECO2) / PACO2
La PCO2 du sang artériel (PaCO2) = PACO2si alvéole bien perfusée
(PaCO2 - PECO2) représente donc la part du VD anatomique + alvéolaire :
Équation de Bohr : VD / VT = (PaCO2 - PECO2) / PaCO2
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Bohr mesure donc l’écart entre le sang artériel et l’air expiré pour calculer la fraction
de gaz qui vient de l’espace mort total (anatomique et alvéolaire). La méthode de
Fowler ne donne que l’espace mort anatomique
VDbohr/ VT = 0.20 à 0.35 chez le sujet normal au repos
Chez le sujet normal
 PaCO2 = PECO2
 VD total = VD anatomique
L’espace mort physiologique augmente en cas d’embolie pulmonaire avec des
alvéoles mal perfusées
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1.5 Ventilation alvéolaire
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2 stratégies pour augmenter VA :
o Augmentation de Fr ce qui n’est pas très efficace
o Augmentation du VT qui est la stratégie la plus efficace
1.5.1 Ventilation alvéolaire et PACO2
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Chez le sujet normal : PACO2 ≈ PaCO2
Si VA est doublée et la production de CO2 (VCO2) ne change pas → PACO2 est
divisé par 2
Signification:
o Hyperventilation alvéolaire →Hypocapnie ↓PaCO2
o Hypoventilation alvéolaire → Hypercapnie ↑PaCO2
1.5.2 Ventilation alvéolaire et PO2
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La PO2 alvéolaire (PAO2) est déterminée par l'équilibre entre :
o La vitesse de prélèvement de l'O2par le sang (laquelle est établie par la
demande métabolique des tissus)
o La vitesse de réapprovisionnement de l'O2 par la ventilation alvéolaire
La relation entre la ventilation alvéolaire (variations de la PACO2) etla PAO2 peut
être prédite à partir de l'équation des gaz alvéolaires
Il faut connaître:
o la composition du gaz inspiré
o le quotient respiratoire R
R = VCO2(production de CO2 (ml/min)) / VO2 (consommation d’O2 (ml/min))
o R normal : 0.7 à 0.8
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Signification :
à mesure que la Ventilation alvéolaire augmente, PAO2 se rapproche de PIO2
Hypoventilation alvéolaire →Hypoxémie: ↓PAO2→↓PaO2
↑PACO2 →↓PAO2 → ↓PaO2
Pour ↑PAO2 on peut ↑PIO2 (↑FIO2) : principe de l’oxygénothérapie
PAO2=PaO2 si les alvéoles sont bien perfusées, ventilées avec un écart max de
5mmHg.
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