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La fonction respiratoire De lanatomie à la respiration, de la ventilation mécanique aux échanges gazeux DU de soins infirmiers 15 Octobre 2007 Docteur.

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1 La fonction respiratoire De lanatomie à la respiration, de la ventilation mécanique aux échanges gazeux DU de soins infirmiers 15 Octobre 2007 Docteur Racine

2 Le système respiratoire Notre organisme consomme de lénergie. respiration cellulaire. combustion des nutriments (glucides, lipides, protides) +oxygène = libération de gaz carbonique et deau. les cellules sont très éloignées et sans contact avec lair. système respiratoire. Captation de loxygène dans lair ambiant, le distribuer à lensemble des cellules en fonction de leurs besoins Recueil du CO2 produit, transport et de élimination à lextérieur.

3 Anatomie du système respiratoire : des VAS à larbre trachéobronchique

4 Les VAS Système de conditionnement de lair : température et humidité. surface de contact dans le nez : 160cm² Épuration des particules et des agents pathogènes : filtre. Ecoulement laminaire de lair : cornets Au repos et sans rhume nouveau né : ventilation nasale exclusive

5 Les VAS Rigidification du pharynx lors de linspiration par les muscles pharyngo- laryngés garder la filière aérienne ouverte : évite lobstruction des VAS. contraction synchrone des muscles dilatateurs des VADS et du diaphragme a linspiration : rigidification pharyngo- laryngée.

6 Axe trachéo-bronchique trachée 12 cm x 2 cm 2 bronchioles terminales 1m². Axe trachée - bronche souche armature cartilagineuse antérieure muscle lisse postérieur (évite le collapsus expiratoire, à la toux). Fonction dhumidification et « descalator » mucociliaire Espace mort +++: 150 à 200 ml

7 Lalvéole = unité fonctionnelle

8 Les 4 étapes du transport de lO 2 La ventilation (1) entre lextérieur et lalvéole permet de renouveler le gaz alvéolaire. Elle doit apporter à lalvéole autant dO2 que le sang en prélève et éliminer autant de CO2 que le sang en rejette. La diffusion alvéolo-artérielle, (2) au niveau des poumons, permet au sang veineux de se recharger en O2 en le prélevant dans lalvéole, et de se débarrasser du CO2 en excès La convection sanguine (3) assure le transport de lO2 du poumon vers lensemble des tissus, puis le transport du CO2 des tissus vers les poumons. La diffusion tissulaire (4) permet les échanges dO2 et de CO2 entre les cellules et le sang des capillaires tissulaires. Les cellules prélèvent de lO2 et rejettent du CO2 dans le sang.

9 La ventilation Ventilation rythmique : inspiration et expiration Les gaz se déplacent par convection active : A linspiration : FIO2 = 21% et FICO2 = 0%. A lexpiration, on rejette du gaz alvéolaire La zone de conduction : de la 1ère à la 16ème génération bronchique. Il ny a aucune alvéole => pas déchange gazeux avec le sang => espace mort réchauffement et humidification du gaz inspiré, filtration et évacuation des particules polluantes => défenses antimicrobiennes. la zone respiratoire : de la 17ème à la 23ème génération bronchique => échanges gazeux.

10 Mécanique respiratoire : PV = constante Pression négative en situation physiologique Pression positive : ventilation mécanique

11 Les muscles respiratoires = moteurs de la ventilation Inspiration active et Expiration passive Couples musculaires diaphragme / muscles abdominaux (agoniste / antagoniste) : mobiliser lair diaphragme / muscles intercostaux : rigidifier la cage thoracique

12 Utilisation de lénergie des muscles Des forces sopposent entre la paroi thoracique, le poumon et les voies aériennes. Lélasticité des structures se quantifie par lélastance E (en quelque sorte la raideur) ou son inverse la compliance C (la souplesse, la distensibilité) Pour une variation de pression donnée, un poumon très compliant (= distensible) augmentera beaucoup plus son volume quun poumon peu compliant (= raide). La compliance conditionne les variations de volume. Il se crée une différence de pression entre lalvéole et lextérieur (PB) qui génère un débit gazeux à travers les voies aériennes. Pour une différence de pression donnée, le débit est conditionné par les résistances des voies aériennes. Pour une pression alvéolaire donnée le débit sera dautant plus important que les résistances des voies aériennes sont faibles.

13 La compliance du système respiratoire

14 Le cycle respiratoire

15 Les volumes pulmonaires : les EFR

16 Rôle du surfactant film de phospholipides sécrété par les cellules alvéolaires. Réduit la tension superficielle de linterface liquide / gaz ou liquide / liquide de densité différente. Lalvéole est tapissée dun film liquidien sur toute sa surface : le surfactant. Quand le surfactant est détruit =>occlusions alvéolaires : atélectasies. Le surfactant à la propriété de diminuer considérablement la tension superficielle. Maintien des alvéoles ouvertes. Le surfactant réduit les forces de rétraction du poumon et donc augmente la compliance.

17 La compliance diminue... SDRA : poumon inflammatoire : parenchyme pulmonaire et alvéoles remplis de liquide interstitiel, surfactant détruit. Fibrose pulmonaire : zones cicatricielles remplis de fibres de collagène très raides. Le travail des muscles ventilatoires augmente et les volumes pulmonaires diminuent. Augmentation de la rigidité de la cage thoracique : maladies ostéoarticulaires comme la spondylarthrite ankylosante, la coque pleurale calcifiée de lasbestose, etc. Grands prématurés, anomalie de synthétise du surfactant. Les alvéoles ont tendances à socclure à la fin de chaque expiration.

18 Les résistances des VA

19 Les résistances des VA augmentent... R des VA extra thoraciques sont > à 50% des R totales quand on respire par la bouche, encore plus quand on respire par le nez. obstacles (cordes vocales, luette, langue, cornets) et angulations qui créent des turbulences augmentant les résistances. R des petites VA sont une zone relativement silencieuse en pathologie. les maladies qui touchent les petites voies aériennes (bronchite chronique tabagique, emphysème), une réduction significative des résistances des voies aériennes et du VEMS ne se voit quen cas datteinte déjà majeure des petites voies aériennes (>50%).

20 Contrôle de la bronchomotricité La bronche est entourée de muscles lisses circulaires dont le tonus est contrôlé par le système nerveux végétatif. La bronchoconstriction peut être déclenchée par différents mécanismes pathogènes (substances inhalées irritantes, phénomènes inflammatoires ou allergiques …). Nerf pneumogastrique (acétylcholine) bronchoconstricteur. Le système adrénergique ( 2) bronchodilatateur => effet de la ventoline

21 Lalvéole et les échanges gazeux

22 La pression partielle dun gaz Dans le gaz inspiré : PIO 2 = (PB – 47)FIO2 = (760 – 47) 0,21 = 150 mmHg Dans le gaz alvéolaire : PAO 2 = (760 – 47) 0,14 = 100 mm Hg

23 La ventilation alvéolaire

24 Lespace mort (V D ) QeVTVT FRVDVD V A = V T -V D Qa=VaxFRQd=VdxFR Repos6 l/mn500 ml12150 ml350 ml4,2 l/mn1,8 l/mn FRx212 l/mn500 ml24150 ml350 ml8,4 l/mn3,6 l/mn Vtx212 l /mn1000 ml12150 ml850 ml10,2 l/mn1,8 l/mn

25 Le V D physiologique = 0 pas de pathologie

26 La courbe du capnographe

27 Le rapport ventilation/perfusion

28 Hétérogénéité du Va/Q

29 Les échanges gazeux : loxygène

30 Les Echanges alvéolo-capillaires

31 TRANSFERT DE LOXYGENE : 1.LA VENTILATION Débit ventilatoire total: 7,5 l/min (repos) (V T : 0,5L x Fr : 15) FIO² :21% Espace mort : V D volume ne participant pas aux échanges gazeux (150ml 2ml/kg) Ventilation alvéolaire : VA fraction des gaz réellement au contact des alvéoles VA = (V T - V D ) x Fr soit 5,25 L/min Exemples de réduction des échanges gazeux (V D ): respiration superficielle, plongée avec tuba, circuit ventilatoire du respirateur

32 TRANSFERT DE LOXYGENE : 2.LE PASSAGE ALVEOLO-CAPILLAIRE 2 facteurs : - Gradient de pression partielle déterminant sens et vitesse des échangesgazeux - Diffusibilité du gaz DLCO 2 = DLO 2 x 20 Altération de la diffusion : Circulatoires : ralentissement débit sanguin/contact Obstacle à la diffusion : fibrose, OAP, surfactant, SDRA.

33 CIRCULATION PULMONAIRE RAPPORT VENTILATION PERFUSION La vasoconstriction hypoxique limite leffet shunt

34 TRANSPORT DE LOXYGENE DANS LE SANG 1 2 moyens de transport O 2 DISSOUS Faible quantité de l O 2 totale : capacité de dissolution de l O 2 dans le plasma : 0.3ml/100ml de plasma (1ATA, 37°) Augmentation possible en hyperbarie O 2 COMBINE A LHEMOGLOBINE Liaison O²/ molécule transporteuse (Hb) par une oxygénation réversible : oxyhémoglobine

35 TRANSPORT DE LOXYGENE DANS LE SANG 2 CAPACITE DE FIXATION DE LOXYGENE DANS LE SANG (POUVOIR OXYPHORIQUE DE LHÉMOGLOBINE) 1g Hb fixe 1,38 ml O 2 Pour une teneur de 15g Hb/100mL de sang : 20,1ml O 2 /100mL SATURATION EN OXYGENE ET CONCENTRATION D O 2 REELLE, LA DAVO² SA O 2 = O 2 combiné avec Hb = 97% (shunts) Capacité totale en O 2 DAV O 2 (différence artério-veineuse): 5mL/100mL de sang (consommation par les organes)

36 Courbe de dissociation de lHb

37 FACTEURS MODIFIANT LAFFINITE POUR LHEMOGLOBINE (P50) Déplacement de la courbe à droite : P50 Diminution de laffinité de lHb pour lO² Augmentation de la température Augmentation des ions [H+] Augmentation de la PCO² Augmentation du 2.3-DPG, Favorisent la dissociation de lHb et libération dune quantité accrue dO² tissulaire Déplacement de la courbe à gauche P50 Augmentation de laffinité de lHb pour lO² Diminution de la température Diminution des ions [H+] Diminution de la PCO² Diminution du 2.3-DPG Favorisent la fixation de lO² au niveau des capillaires pulmonaires

38 OXYGENATION TISSULAIRE Apport et passage de lO² au niveau cellulaire par diffusion (Loi de Fick) Respiration cellulaire : Transfert dénergie par phosphorylation oxydative : synthèse dATP intramitochondrial Libération des produits terminaux : CO² et H²O et température. Libération dénergie par lhydrolyse de lATP Régulation Débit cardiaque : 5l/min 0.3l O² par mn Mécanisme central sympathique Mécanisme local et régional (régulation métabolique locale en fonction de la différence entre transport et consommation dO² : QO²-VO²) VO²=Qc x (DAV) DAV= Qté O² extraite par les tissus) Différence de pression partielle Courbe de dissociation Déficit en O² tissulaire : anoxies Anoxie cytotoxique : acide cyanhydrique Anoxie ischémique : état de choc, souffrance tissulaire (hypoperfusé, occlusion A) Anoxie anémique : Hb inefficace (CO), hémorragie. Anémie hypoxémique : pathologie pulmonaire.

39 Les échanges gazeux : le CO 2

40 TRANSPORT DU GAZ CARBONIQUE DANS LE SANG CO 2, produit terminal du métabolisme énergétique : dépend de lactivité cellulaire PaCO²=40mmHg PvCO²=45mmHg Le transport seffectue sous 3 formes CO 2 dissous(10%) : courbe linéaire fonction de la PCO² : 2,26 ml/100ml (PvCO² de 40mmHg) Composés carbaminés(30%) liés aux protéines du plasma et intra érythrocytaires (dont la globine de lHb) Combinaison sous forme de bicarbonates (60%). Dans les tissus Sous linfluence de lanhydrase carbonique intra-érythrocytaire, CO 2 +H 2 O HCO3- + H+ Puis tamponnement des ions H+ en formant de lhémoglobine réduite. Sortie des bicarbonates du GR au plasma compensée par entrée de CL-

41 Dans les capillaires pulmonaires, réaction inverse : Diffusion du HCO3- dans lérythrocyte Captation des ions H+ et formation de CO² Diffusion alvéolaire Effet Haldane Dans les tissus, la libération de lO² par lHb augmente ses capacités de liaison du CO² (H+) Dans les capillaires pulmonaires, loxygénation de lHb renforce la libération des ions H+ et la transformation inverse en CO².

42 La régulation de la ventilation

43 Régulation 1. Le Glosso-pharyngien (IX) et le pneumogastrique (x) Informent le tronc cérébral par stimuli chimiques et mécaniques Les centres sup agissent sur les mvt respiratoires Cortex cérébral (parole) Hypothalamus (thermorégulation surtout chez lanimal) SRAA (respiration pdt le sommeil) 2. Les chémorécepteur centraux sensibles à la composition du LCR dans le 4 ème ventricule 3. Ordre donné aux N moteurs (Nerfs récurents et branches du X) du diaphragme et muscles accessoires

44 La chaine de régulation de la respiration

45 Réponses de la régulation

46 Les gaz du sang

47 Selon Henderson-Hasselbalch DAB Calculé à partir de léquation : pH = 6,1 +log [HCO 3 - ] 0,03 PCO 2 H 2 O + CO 2 H 2 CO 3 H + + HCO 3 - Acidose 7,36 < pH normal < 7,44 Alcalose Métabolique = variation de HCO 3 - Respiratoire = variation de PCO 2

48 Pour simplifier Acidose pH<7,38 Alcalose pH>7,42 Métabolique HCO 3 - Respiratoire PCO 2 HCO 3 - Compensation uniquement si le tampon bicarbonate et la fonction respiratoire fonctionnent. PCO 2 HCO 3 - 1er 2ème


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