Physiologie Respiratoire Cours: physiologie d’organe Mécanique ventilatoire, volumes pulmonaires Ventilation alvéolaire, transfert alvéolo-capillaire Circulation pulmonaire, rapports ventilation-perfusion Bronchomotricité, contrôle de la ventilation Application: exploration fonctionnelle respiratoire EFR pratique et adaptations ventilatoires à l’exercice

Volume sanguin ~5 litres Petite circulation ~500 ml Capillaires pulmonaires ~100 ml 2

Circulation pulmonaire VD : Artère pulmonaire : 2 branches : divisions suivant l'architecture bronchique, jusqu'aux bronchioles respiratoires et aux alvéoles où réseau capillaire dense, retour par les veines pulmonaires jusqu'à OG VES = 70 ml : une grande partie du sang capillaire est renouvelé à chaque battement cardiaque Débit VD = débit VG : 5 L/min au repos volume des capillaires pulmonaires : 100 ml

Circulation pulmonaire DP R Débit = Pressions (mmHg) dans les circulations Circulation systémique Parois artériolaires épaisses, avec du muscle lisse Circulation pulmonaire Parois artériolaires fines, avec peu de muscle lisse Circulation pulmonaire : haut débit, faible pression et faible résistance à l’écoulement

Les pressions de la circulation pulmonaire 130 P Aorte VD VG P VG Les pressions dans le VD et l’Art. Pulmonaire sont 6 à 8 fois plus faibles que dans le VG et l’Aorte RVP = RVS / 6 à 8 Aorte AP Psyst 120 24 mmHg Pdiast 70 8 mmHg P AP P VD 25 Temps (s) Bien que la pression soit moins élevée au cours de la contraction, le VD éjecte le même volume que le VG.

Débit sanguin pulmonaire et pression artérielle pulmonaire La résistance vasculaire pulmonaire diminue quand le débit cardiaque augmente

Mécanismes de réduction de la résistance Distension Recrutement Mécanismes adaptatifs à l’exercice lors de  du DC

Variations du débit sanguin pulmonaire Artérioles pulmonaires peu soumises à régulation du SNA Calibre des petits vaisseaux dépend de PO2 et PCO2 et réponse locale : • Vasoconstriction hypoxique • Vasoconstriction quand hypercapnie Déviation du sang vers les zones les mieux oxygénées Différent des autres circulations où vasodilatation hypoxique

Facteurs modifiant les résistances vasculaires pulmonaires Vasomotricité des Artérioles Pulmonaires Substances Circulantes Acétylcholine Prostaglandine E Bradykinine Substances Circulantes Catécholamines Prostaglandine F Angiotensine II Histamine  PAO2  pH  PAPO2 10

Variations de la RVP en fonction des volumes pulmonaires VR CRF CPT Volumes pulmonaires

Zones de West Les différences de pression hydrostatique dans les vaisseaux sanguins entraînent une distribution inégale du débit sanguin

Échanges liquidiens intra pulmonaires Qf = k[(PCP - PA) - CP] Alvéole = k[(10 - 0) - 25] = - 15 Capillaire PCP PHyd = 8 mmHg PHyd = 10 mmHg PHyd = 14 mmHg = 25 mmHg = 25 mmHg Artériole Veinule PHyd = -3 mmHg Interstitium = 19 mmHg Qf = k[(PCP - PI) - (CP - ] = k[10 - (-3) - (25 - 19)] = 7 Lymphe 13

Œdèmes Pulmonaires Etiologies des œdèmes:  Pcap: hydrostatique  : lésionnel Œdème Alvéolaire Alvéole Capillaire Interstitium Oedème Interstitiel Alvéole Circulation Lymphatique 14

Physiologie Respiratoire Cours: physiologie d’organe Mécanique ventilatoire, volumes pulmonaires Ventilation alvéolaire, transfert alvéolo-capillaire Circulation pulmonaire, rapports ventilation-perfusion Bronchomotricité, contrôle de la ventilation Application: exploration fonctionnelle respiratoire EFR pratique et adaptations ventilatoires à l’exercice

Physiologie Respiratoire Echanges gazeux - ventilation / ventilation alvéolaire hypoxémie par hypoventilation alvéolaire - transfert alvéolo-capillaire hypoxémie par trouble de diffusion - transport des gaz: O2 et CO2 - rapports ventilation / perfusion hypoxémie par hétérogénéité des rapports VA/Q hypoxémie liée à un shunt

Rappels

La cause la plus fréquente des hypoxémies Hétérogénéité des rapports ventilation perfusion

= ventilation = circulation (n=12) (n=12) n=12

= ventilation = circulation (n=12) (n=12) n=8

Dans un territoire alvéolaire FIO2 Dans un territoire alvéolaire PcapO2 fonction de VA/Q (territoire) VA (territoire) alvéole capillaire CVO2 Q (territoire)

Effet des modifications des rapports ventilation-perfusion sur la PO2 et la PCO2 dans une unité alvéolaire ESPACE MORT SHUNT

Effet de l'inégalité des rapports ventilation-perfusion sur les échanges gazeux globaux (hématose) Effet shunt Effet espace mort Pression O2 : mmHg 60 100 140 Pression CO2 72 40 8

Hémoglobine : le transporteur non linéaire d’O2 contenu O2 (ml/100ml) VA/Q haut VA/Q bas VA/Q normal 15 10 5 20 40 60 80 100 120 140 P O2 (mmHg)

Effet de l'inégalité des rapports ventilation-perfusion sur les échanges gazeux globaux Effet shunt Effet espace mort Pression O2 : mmHg 60 100 140 Pression CO2 72 40 8

C O O2 40 mmHg Normo (ou hypo) capnie 75 mmHg Hypoxémie 43 37 140 60 44 46 48 52 30 33 36 39 42 45 PCO2 (mmHg) Concentration (ml/100 ml) 50 37 43 40 mmHg C O 2 Normo (ou hypo) capnie 20 140 60 40 15 Concentration (ml/100 ml) 10 75 mmHg O2 Hypoxémie 5 20 40 60 80 100 120 140 PO2 (mmHg)

Echanges gazeux régionaux dans le poumon • La ventilation augmente lentement du sommet à la base du poumon • Le débit sanguin croît plus rapidement Les rapports ventilation-perfusion sont plus élevés au sommet du poumon, et plus bas à la base

Distribution du débit sanguin dans le poumon humain Les différences de pression hydrostatique dans les vaisseaux sanguins entraînent une distribution inégale du débit sanguin (classique…)

Valeurs des pressions partielles de l'O2 de l'air jusqu'aux tissus Poumon normal . Différence (A-a)O2

SHUNT (court circuit) Territoire perfusé, non ventilé

Diagnostic: épreuve d'hyperoxie Effet majeur du territoire shunté non corrigé par hyperoxie Hyperoxie (FIO2 100%): PAO2 ~ 660 mmHg Shunt physiologique  2% : limite inférieure normale PaO2 = 500 mmHg

Valeurs des pressions partielles de l'O2 de l'air jusqu'aux tissus Poumon sain . Physiologie: poumon sain, différence (A-a)O2

. Différence alvéolo-artérielle en oxygène PIO2 = (Patm – PH2O) x FIO2 = (760 – 47) x 0.21 ~150 mmHg PAO2 dépend de la façon dont est renouvelé le gaz alvéolaire (ventilation alvéolaire) alvéole alvéole PAO2 = Pression alvéolaire en O2 PcapO2 = Pression capillaire pulmonaire . PcapO2 = PAO2 si diffusion normale Mélange des sangs capillaires: hétérogénéité VA/Q Différence sang veineux pulmonaire –artériel: shunt physiol.

PAO2 - PaO2 PIO2 - (PaCO2 / 0,8) - PaO2 Comment interpréter la PaO2 en cas d'hyper ou hypoventilation alvéolaire Différence alvéolo-artérielle en O2 PAO2 - PaO2 PIO2 - (PaCO2 / 0,8) - PaO2 Limites de la normale 0 – 20 (30) mmHg PaO2 normale selon l’âge entre 80 (70 à partir de 75 ans) et 100 mmHg 150 - (40 / 0,8 + 100) Norme supérieure 150 - (40 / 0,8 + 80 (70)) Norme inférieure Hétérogénéité VA/Q physiol. poumon âgé

Normes: PaO2: 95 mmHg (jeune) 70 mmHg à 75 ans PaCO2: 40 mmHg (homme) 38 mmHg chez la femme

Comment raisonner devant une hypoxémie ? Calcul de la D(A-a)O2 D(A-a)O2 normale =  PAO2 alvéolaire D(A-a)O2  = PAO2 alvéolaire normale trouble diffusion hétérogénéité VA/Q shunt PaCO2 normale FIO2 < 21% PATM<760 mmHg PaCO2  hypoventilation alvéolaire Insuffisance respiratoire chronique: incapacité du système respiratoire à assurer le maintien d’une hématose normale

Mécanismes des hypoxémies Hypoventilation alvéolaire PaCO2 > 45 mmHg Anomalie de la diffusion transfert du CO anormal diminution de PaO2 à l’exercice Shunt épreuve d’oxygène pur PaO2 < 500 mmHg avec FIO2 100% Effet shunt / Hétérogénéité de distribution des VA/Q mécanisme le plus fréquent augmentation de PaO2 à l’exercice .

Equilibre acido-basique SYSTEME BICARBONATE/ACIDE CARBONIQUE : SYSTEME TAMPON OUVERT Masse variable A- + H+ AH Régulation indépendante des 2 concentrations HCO3-/H2CO3 Equation d’Henderson - Hasselbach [HCO3-] Régulation rénale [pCO2] Régulation poumon

Variation isolée de la concentration d’acide fixe Variation isolée de la concentration d’acide volatil

Diagramme de Davenport Troubles respiratoires aigus: Concentration acide fixe normale Déplacement sur la DNE pH < 7,38: acidose resp. PaCO2 > 45 mmHg hypoventilation alvéolaire urgence respiratoire pH > 7,42: alcalose resp. PaCO2 < 35 mmHg hyperventilation alvéolaire 40 Isobare normale Troubles respir. chroniques: Compensation rénale Variation conc. acide fixe acidose resp. chronique  élimination H+ rein au dessus DNE alcalose resp. chronique au dessous DNE 24 DNE 7,40 DNE: droite normale d’équilibration du CO2 (conc. cste d’acide fixe)