L’appareil respiratoire

L’appareil respiratoire L’appareil respiratoire contribue au maintien de l’homéostasie du milieu intérieur La respiration – fait partie des fonctions vitales de l’organisme La  respiration la totalité des phénomènes responsables du transport passif de l’oxygène de l’atmosphère jusqu’aux tissus et le transport simultané du dioxyde de carbone en sens inverse

La respiration La respiration La respiration externe Externe Interne la ventilation pulmonaire l’échange d’oxygène et de dioxyde de carbone entre les alvéoles et le sang le transport de l’oxygène et du dioxyde de carbone dans le sang l’échange d’oxygène et de dioxyde de carbone entre le sang et les tissus

L’appareil respiratoire les voies respiratoires extra- et intra pulmonaires le tissu pulmonaire proprement-dit certaines composantes de la cage thoracique Les plèvres (vide pleural) Les voies aériennes: les cavités nasales le pharynx le larynx la trachée les bronches souches gauche et droite les bronches de plus en plus petites, les bronchioles, bronchioles terminales Les bronchioles – muscles - le tonus bronchial

Bronchomotricité Le diamètre des voies aériennes est le facteur principal de la résistance des voies aériennes Les variations du tonus bronchial Contrôle nerveux: le sympathique: bronchodilatateur le parasympathique: broncho constricteur Contrôle humoral: Dilatateurs : l’augmentation du CO2, Catécholamines, PG E2α Constricteurs : l’histamine (réactions allergiques), PG F2α, tromboxanes, leucotrienes

Les fonctions de l’appareil respiratoire respiration air réchauffé, humecté, purifié l’émission de sons parler, chanter maintien de l’équilibre acido-basique l’odorat pompe respiratoire formation de l’angiotensine II activateur du plasminogène

La loi de Dalton: La pression totale d’un mélange gazeux est la somme des pressions de chacun des gaz présents dans le mélange. La pression partielle est la contribution d’un seul des gaz du mélange à la pression totale Le flux net d’air se fait selon les différences de pression. La loi de Boyle: Si le volume disponible pour un gaz augmente, la pression du gaz diminue. Le changement du volume de la cage thoracique réalise des changements de pression. La loi de Laplace: la pression P à l’intérieur d’une bulle est fonction de 2 facteurs: la tension superficielle du liquide (T) et le rayon de la bulle (r) P = 2T/r

La ventilation pulmonaire représente l’entrée et la sortie de l’air pulmonaire conséquence aux différences de pression entre l’atmosphère et les alvéoles L’inspiration est un processus actif la participation du diaphragme et des muscles intercostaux externes l’augmentation du volume de la cage thoracique l’augmentation des trois diamètres de celle-ci

La ventilation pulmonaire Les inspirations profondes, forcées la contraction des muscles respiratoires accessoires (les muscles scalènes, le long du cou, les muscles sternocléidomastoïdiens, les pectoraux)

L’expiration L’expiration un phénomène passif l’élasticité des poumons et des cartilages costaux la tension superficielle de la pellicule de liquide qui tapisse les alvéoles la concentration du surfactant par unité de surface Lipoprotéine complexe: Phospholipides (DiPalmitoyl PhosphatidylCholine, DPPC), Apoprotéines, Ions calcium En présence de surfactant, la tension superficielle est élevée à hauts volumes pulmonaires →augmente la pression de rétraction élastique du poumon basse à bas volumes pulmonaires →stabilise les alvéoles, empêche leur collapsus la présence du surfactant contribue à la stabilisation des petites alvéoles diminue le travail inspirateur maintient les alvéoles sèches.

L’expiration La sécrétion de surfactant est diminuée : chez les nouveau-nés prématurés chez les fumeurs PN II vers 22 SA, surfactant adéquat vers 36 SA Déficit en surfactant responsable de collapsus/distension alvéolaires →mauvaise ventilation pulmonaire diminution de la compliance pulmonaire → travail respiratoire L’expiration forcée est active la contraction des muscles expirateurs : les muscles intercostaux internes, les muscles droits abdominaux, obliques abdominaux

La fréquence et la profondeur de la respiration déterminent son efficacité L’espace mort anatomique – 150 ml Ventilation alvéolaire = fréquence respiratoire x (volume courant – espace mort)

Compliance pulmonaire la capacité des poumons de s’étirer maladies pulmonaires restrictives (ex. fibroses pulmonaires, production inadéquate de surfactant) la maladie des membranes hyalines (détresse respiratoire du nouveau- né) L’élastance – la capacité des poumons de reprendre son volume de repos quand la force d’étirement aura disparu

La relation ventilation - flux sanguin alvéolaire certains lits capillaires à l’apex du poumon sont fermés les lits capillaires à la base du poumon sont ouverts le flux sanguin est détourné vers la base des poumons pendant l’exercice physique, les lits capillaires du sommet s’ouvrent le corps adapte le flux d’air et le flux sanguin dans chaque partie de poumon (ex: le taux de CO2 influe sur le diamètre des bronchioles) si la ventilation des alvéoles dans une zone diminue, la PaO2 diminue et les artérioles répondent par une contraction – détourne le sang vers les régions mieux ventilées) les artérioles de régions super ventilées se dilatent afin de prélever d’avantage d’oxygène  

  !! La constriction des artérioles pulmonaires en réponse à la PO2 basse est a l’opposé de ce qui se passe dans la circulation systémique.

L’hématose est le mécanisme physiologique qui permet l’artérialisation du sang veineux par échange des gaz Eupnée = respiration normale Dyspnée = difficulté à respirer Apnée = arrêt respiratoire Hyperpnée = fréquence et/ou volume respiratoires augmentes en réponse à une augmentation du métabolisme Hyperventilation = fréquence et/ou volume respiratoires augmentes sans une augmentation du métabolisme Hypoventilation = ventilation alvéolaire diminuée Tachypnée = augmentation de la fréquence ventilatoire

Circulation pulmonaire 2 types : - la circulation fonctionnelle - la circulation nourricière   Artère pulmonaire : Sang veineux Veines pulmonaires : Sang oxygéné Le role de la petite circulation: - D’apporter le sang veineux dans la surface d’échanges puis de ramener le sang artériel vers le cœur - D’éliminer le CO2 produit lors du métabolisme des nutriments

Les échanges de gaz se réalisent au niveau pulmonaire et tissulaire diffusion passive, selon la loi de diffusion de Fick Taux de diffusion = (surface x différence de concentration x perméabilité de la membrane)/épaisseur de la membrane La diffusion est influencée par: -         la surface de diffusion -         la différence de concentration (pressions partielles) -         l’épaisseur de la membrane le gradient de pression partielle la solubilité des gaz, la surface disponible pour diffuser et la distance que le gaz doit parcourir.

La membrane alvéolo-capillaire surfactant épithélium alvéolaire (alvéoles de type I) membrane basale alvéolaire l’espace interstitiel membrane basale capillaire l’endothélium capillaire plasma

4 facteurs influent sur les échanges gazeux à travers la membrane alvéolo- capillaire: 1. les gradients de pression partielle 2. les solubilités des gaz 3.les caractéristiques structurales de la membrane alvéolo-capillaire 4. la concordance entre la ventilation alvéolaire et la perfusion sanguine dans les capillaires alvéolaires

Le gradient de pression partielle Dans les alvéoles: la pression partielle de l’oxygène est de 100 – 104 mm Hg la pression partielle du dioxyde de carbone est de 40 mm Hg Dans le sang veineux des capillaires pulmonaires: l’oxygène a une pression partielle de 40 mm Hg le dioxyde de carbone a une pression partielle de 46 mm Hg. L’oxygène diffuse de l’air alvéolaire dans le sang capillaire pulmonaire à une différence de pression partielle de 60 – 64 mm Hg. Le dioxyde de carbone diffuse du sang dans les alvéoles à une différence de pression partielle égale à 6 mm Hg.

La solubilité des gaz dans le liquides la différence de pression du gaz la solubilité du gaz dans le liquide (la facilitée avec laquelle le gaz se dissout dans un liquide) la température Le coefficient de solubilité du CO2 est 24 fois plus grand que celui de l’oxygène et une constante de diffusion 20 fois plus grande par rapport à l’oxygène

Les échanges de gaz Capacité de diffusion d’un gaz la quantité de gaz qui traverse la membrane alvéolo- capillaire durant 1 minute, à une différence de pression de 1 mm Hg La capacité de diffusion de l’oxygène durant le repos est de 20 à 30 ml/min (65 ml/min à l’effort) . La capacité de diffusion du dioxyde de carbone durant le repos est de 400 à 500 ml/min (1200 à 1300 ml/min pendant l’effort). La constante de diffusion représente le rapport entre le coefficient de solubilité et le radical du poids moléculaire d’une certaine substance.

Le processus de diffusion se réalise jusqu’à l’égalisation des pressions partielles dans les 2 compartiments entre lesquels se réalise la diffusion. Pour l’oxygène, l’équilibre (soit une pression partielle de 100 mm Hg de part et d’autre de la membrane alvéolo-capillaire ) s’établit en 0,25 s. Cela représente 1/3 du temps qu’un érythrocyte passé dans un capillaire pulmonaire. Importance: l’écoulement du sang dans les capillaires pulmonaires peut se réaliser 3 fois plus vite sans que l’oxygénation souffre

Le rapport ventilation-perfusion Les différences de rapport, entre les pressions artérielles pulmonaires, alvéolaires et veineuses sur la hauteur du poumon définissent les zones de West. Les Zones de WEST Zone 1 : Bien ventilée mais pas perfusée. Ne participe pas aux échanges gazeux. Zone 2 : Flux maintenu. Débit du sang pulmonaire déterminé par la différence des pressions artérielles et alvéolaires Zone 3 : Flux continu. Pressions comparables à la grande circulation. Échanges gazeux importantes.

Au niveau cellulaire l’oxygène est consommé, avec production simultanée et continue de dioxyde de carbone. Dans les cellules: la pression partielle de l’oxygène est de 40 mm Hg la pression partielle du dioxyde de carbone est de 46 mm Hg  L’oxygène va diffuser du sang artériel dans les cellules et le dioxyde de carbone va diffuser en sens inverse jusqu’à l’égalisation de la pression partielle des gaz. le sang veineux systémique, qui va rentrer au cœur et sera, ensuite, transporté vers les poumons, aura une pression partielle de l’oxygène de 40 mm Hg et une pression partielle du dioxyde de carbone de 46 mm Hg.

La ventilation pulmonaire, d’un côté, et l’activité métabolique cellulaire de l’autre côté, maintiennent en permanence les gradients pressionnels pour l’oxygène et le dioxyde de carbone au niveau pulmonaire, comme au niveau tissulaire aussi, permettant les échanges de gaz respiratoires.

L ’hypoxie Causes: une quantité d’oxygène inadéquate atteint les alvéoles problèmes d’échange entre les alvéoles et les capillaires transport inadéquat de l’oxygène par le sang

Hypoxies Les modifications de la membrane alvéolaire peuvent aussi altérer les échanges gazeux: la diminution de la surface d’échange (emphysème – tabagisme) l’augmentation de l’épaisseur (fibrose pulmonaire) l’augmentation de la distance de diffusion entre les alvéoles et le sang (l’œdème pulmonaire)  

Hypoxies hypoxiques (PO2 artérielle basse) (ex. haute altitude, hypoventilation alvéolaire) anémique (diminution de la quantité d’oxygène liée à l’hémoglobine) (ex. anémie) ischémique (flux sanguin réduit) (ex. insuffisance cardiaque, choc) toxique (empoisonnement) (ex. cyanure)

Le transport sanguin de l’oxygène et du dioxyde de carbone L’oxygène est transporté dans le sang sous 2 formes : dissous combiné avec l’hémoglobine (98,5% de l’oxygène transporté). La forme dissoute directement proportionnelle avec la pression partielle de l’oxygène réduite du point de vue quantitatif À une pression partielle de l’oxygène de 100 mmHg, sont dissolus 3 ml d’oxygène pour chaque litre de sang.

La Sat O2 (saturation oxyhémoglobine) est le rapport entre la concentration en O2 fixée sur l’hémoglobine et la quantité maximale d’O2 transportable par l’hémoglobine. Elle dépend: - de la qualité et de la quantité de l’hémoglobine - de la pression partielle alvéolaire du gaz (ex : ventilation en O2 pur)

Capacité artérielle totale de transport d’ O2 (pouvoir oxyphorique du sang) = 200 ml d’ O2/l de sang 98,5% de l’oxygène transporté dans le sang (197 ml d’O2 par litre de sang) se trouve sous forme d’oxyhémoglobine (HbO2) La quantité d’oxygène qui se lie à l’hémoglobine dépend de 2 facteurs: -    la pO2 dans le plasma entourant les globules rouges -    le nombre des sites potentiels de liaison dans les globules rouges

La mesure dans laquelle l’hémoglobine est combinée avec l’oxygène s’exprime par le pourcentage de saturation de l’hémoglobine (Hb%). Le pourcentage de saturation de l’hémoglobine = quantité d’oxygène lié/quantité maximale qui pourrait se lier La saturation de l’hémoglobine est maximale lorsque celle-ci est complètement chargée d’oxygène.

À une pression partielle de 50 mmHg, l’hémoglobine est saturée en proportion de 85%. La hausse de la pression partielle de l’oxygène, augmente la formation de l’oxyhémoglobine et croît, par conséquent, le pourcentage de saturation de l’hémoglobine. La diminution de la pression partielle de l’oxygène dans le sang rend favorable la dissociation de l’oxyhémoglobine avec libération d’oxygène moléculaire et de l’hémoglobine réduite, et diminue le pourcentage de saturation de l’hémoglobine.

Importance L’existence de la portion en plateau de la courbe de dissociation de l’hémoglobine - dans des circonstances où la pression partielle de l’oxygène est basse (maladies pulmonaires, altitude), le chargement de l’hémoglobine avec de l’oxygène se réalise normalement La portion abrupte de la courbe de dissociation de l’hémoglobine - lors des pressions partielles basses de l’oxygène, une quantité accrue d’oxygène est libérée aux tissus par la dissociation de l’oxyhémoglobine.

La courbe de dissociation de l’hémoglobine La courbe de dissociation de l’hémoglobine est déviée vers la droite lors de la hausse de la pression partielle du dioxyde de carbone de l’augmentation de la température de la diminution du pH de la hausse du 2,3-diphosphoglycérate (2,3-DPG). Toutes ces conditions sont réalisées au niveau des tissus et favorisent la libération de l’oxygène vers les tissus. 2,3-DPG est un composant des hématies, produit de la glycolyse intraérythrocytaire, qui peut se fixer réversiblement sur l’hémoglobine, diminuant l’affinité de celle-ci pour l’oxygène.

Le déplacement vers la gauche de la courbe de dissociation de l’hémoglobine : La baisse de la concentration du dioxyde de carbone la baisse de la température l’augmentation du pH la diminution du 2,3-DPG, déterminent niveau pulmonaire Le dioxyde de carbone est transporté dans le sang sous 3 formes : dissolu lié à l’hémoglobine sous forme de bicarbonate (70 à 80%)

Le transport du dioxyde de carbone Sous sa forme dissoute, 7% de la quantité totale de dioxyde de carbone est transporté. Dans le sang veineux, à une pression partielle du dioxyde de carbone de 46 mmHg, 2,75%ml CO2 est dissolu, tandis que, dans le sang artériel, à une pression partielle de 40 mm Hg, 2,4 % ml CO2 est dissolu. La combinaison du CO2 avec l’hémoglobine porte le nom de carbaminohemoglobine. La plupart du CO2 (70 à 80%) est transporté sous forme de bicarbonate de sodium dans le plasma.

L ’hypoxie Causes: une quantité d’oxygène inadéquate atteint les alvéoles problèmes d’échange entre les alvéoles et les capillaires transport inadéquat de l’oxygène par le sang

Hypoxies Les modifications de la membrane alvéolaire peuvent aussi altérer les échanges gazeux: la diminution de la surface d’échange (emphysème – tabagisme) l’augmentation de l’épaisseur (fibrose pulmonaire) l’augmentation de la distance de diffusion entre les alvéoles et le sang (l’œdème pulmonaire)  

Hypoxies hypoxiques (PO2 artérielle basse) (ex. haute altitude, hypoventilation alvéolaire) anémique (diminution de la quantité d’oxygène liée à l’hémoglobine) (ex. anémie) ischémique (flux sanguin réduit) (ex. insuffisance cardiaque, choc) toxique (empoisonnement) (ex. cyanure)

La régulation de la fonction respiratoire Le contrôle de la respiration : nerveux réflexe humoral. Le contrôle nerveux : les centres nerveux autonomes les centres nerveux qui adaptent la respiration aux besoins de l’organisme les centres nerveux qui modifient la respiration pendant d’autres situations (lorsque l’on parle ou l’on chante)

La régulation de la fonction respiratoire La respiration une activité automatique, inconsciente on peut intervenir volontairement, parce que les muscles respiratoires sont des muscles striés Centre respiratoire bulbaire la formation réticulaire - 2 types de neurones : inspiratoires et expiratoires, groupés dans un noyau respiratoire ventral et un autre, dorsal.

La régulation de la fonction respiratoire Dans le pont : apneustique pneumotaxique Centres nerveux qui influencent la respiration : centres de la déglutition du vomissement le cortex cérébral l’hypothalamus

La régulation de la fonction respiratoire Réflexe : toutes les zones réceptrices de l’organisme envoient des afférences dans la formation réticulaire où se trouvent les centres Humorale la concentration de l’oxygène dioxyde de carbone des ions H+ dans le sang artériel Les chimiorécepteurs périphériques Les chimiorécepteurs centraux

La régulation de la fonction respiratoire Stimulation de la respiration : la hausse de la concentration du dioxyde de carbone la hausse de la concentration des ions d’hydrogène - chimiorécepteurs périphériques et centraux la diminution de la concentration de l’oxygène - les chimiorécepteurs périphériques Les chimiorécepteurs centraux : la variation de la concentration des ions d’hydrogène dans le liquide céphalo-rachidien et dans le liquide interstitiel cérébral (dioxyde de carbone) l’augmentation de la température du sang l’adrénaline à petites doses