PHYSIOLOGIE DE LA RESPIRATOIN Anatomie Fonctionnement Régulation Dr H. MEKHFI 2013 - 2014

= Échanges Gazeux entre milieu ambiant et cellule vivante INTRODUCTION RESPIRATION = Échanges Gazeux entre milieu ambiant et cellule vivante - Cellule vivante : besoin d’énergie - Source d’énergie : mitochondrie Mitochondrie consomme O2 et produit CO2 = ... RESPIRATION CELLULAIRE MAMMIFÈRES - Système respiratoire fermé (milieu pseudo externe) - Capillaires (lieu d’échanges) 2

Échanges Air / Sang = Échanges Pulmonaires INTRODUCTION ECHANGES : à 2 niveaux Échanges Air / Sang = Échanges Pulmonaires Poumon : interface entre milieu externe / sang Échanges Sang / Tissus = Échanges Tissulaires

RÔLE APPAREIL RESPIRATOIRE Oxygénation tissulaire Élimination du CO2 INTRODUCTION RÔLE APPAREIL RESPIRATOIRE Oxygénation tissulaire Élimination du CO2 Maintien pH sanguin normal, … ETAPES DE LA RESPIRATION Ventilation pulmonaire Échanges gazeux air/sang Transport des gaz dans le sang Échanges gazeux sang/cellule vivante 4

ANATOMIE FONCTIONNELLE RESPIRATOIRE Cage thoracique Voies aériennes supérieures (VAS) Voies aériennes inférieures (VAI) VAS VAI 5

ANATOMIE FONCTIONNELLE RESPIRATOIRE a. CAGE THORACIQUE : Poumons + Cœur. En avant : Sternum, Côtes et Muscles Intercostaux (Int – Ext) En bas : Diaphragme (m. squelettique) … tendons, ligaments, tissu adipeux. Diamètres variables : antéropostérieur vertical latéral 6

ANATOMIE FONCTIONNELLE RESPIRATOIRE - Corps élastique : Déformable (L, V) sous l’action d’une Force (F, P) - Si Ressort : Distensibilité = L / F - Si corps 3D : Compliance = V / P Cas du Système Thorax – Poumons (STP) : Compliance = V / P - Retour à l’état initial = Force de Rappel + poumon compliant : + V grand pour un P donnée. Elastance = P/V - Cas du Système TP : Muscles Respiratoires (D & ICE) - Si contraction : STP s’étire et du volume - Si relâchement : retour au repos (FR) et  volume

ANATOMIE FONCTIONNELLE RESPIRATOIRE - T-P : solidarisés par la plèvre chez l’être vivant - Plèvre : Mb. Séreuse délimitant un espace virtuel entre P et T (vide normalement) - 2 feuillets : - Plèvre pariétale: contre paroi T. - Plèvre viscérale : accolée aux P. Plèvre : équivalent du péricarde Pas de relation entre cavités pleurales D et G.

ANATOMIE FONCTIONNELLE RESPIRATOIRE - Rôle :  Frottements causés par les mouvements respiratoires (grâce au lubrifiant sécrété = Liquide pleural) - Cavité pleurale : Pression intrapleurale (Pip) négative (dépression ) - Pip < à pression atmosphérique (- 5 mmHg)  Dimensions pulmonaires - Pip = maintien les 2 plèvres colées l’une à l’autre (comme Lame et Lamelles) 9

ANATOMIE FONCTIONNELLE RESPIRATOIRE Thorax et Poumons 2 forces élastiques de rappel, mais opposées A. Forces élastiques (ou de rappel) en présence lors de respiration normale. B. et communication entre espace pleural avec pression atmosphérique. A. FR opposées entrainant une Pp inf (de -5 cmH2O) / P. atm. B. Si plèvre en communication avec atm., air entre ds espace pleural qui de virtuel devient réel (Pp=P atm) : le poum se rétracte et la CT est en expansion (affaissement diaphragme) dc le vol global augmente (pneumothorax = Epanchement ou déversement d’air ds l’espace pleural) FR mises en évidence si vide pleural en contact avec l’atmosphère 10 Selon : Physiologie humaine H. Guénard, 2009

ANATOMIE FONCTIONNELLE RESPIRATOIRE Cycle Respiratoire (respiration calme): • inspiration = phénomène actif (volume CT ) • expiration = phénomène passif (grâce à Energie élastique stockée dans paroi et poumons (volume CT ) Si respiration forcée : expiration = phénomène actif 11

ANATOMIE FONCTIONNELLE RESPIRATOIRE MUSCLES RESPIRATOIRES 1. Diaphragme 2. Muscles intercostaux (externes/internes) 3. Sterno-cleido-mastoïdien 4. Scalènes 5. M. abdominaux, … 12

ANATOMIE FONCTIONNELLE RESPIRATOIRE Muscles respiratoires : • Muscles Respiratoires Inspiratoires (MRI) • Muscles Respiratoires expiratoires (MRE) MRI : Diaphragme M. Intercostaux Externes Scalènes Sternocléidomastoïdiens MRE : M. Intercostaux Internes M. Abdominaux 13

ANATOMIE FONCTIONNELLE RESPIRATOIRE MUSCLES INTERCOSTAUX (Int/Ext) : Si contraction MIE : -   latéral CT Si contraction MII : -   latéral CT 14

ANATOMIE FONCTIONNELLE RESPIRATOIRE DIAPHRAGME : Sépare cavité thoracique / cavité abdominale M. strié inspiratoire principal Innervé par nerfs phréniques D et G (mixte) Rôle :  volume CT (par sa contraction) et crée Pression Pleurale (-)  Distension pulmonaire ( pression intra-abdominale) Diaphragme : 40% f. lente oxydat, infatig. 30% rapid glyco, fatig. 30% rapid oxyd-glyc. Sujet normale : pas de fatig respirat. Mais si charge imp (obstruction vr, rigidité pulm, Diagph fatig) : donc incapable de mobiliser le syst mécaniq. Décharge : 10-30 Hz, Qq milliers de fn; 1 fn innerve environ 2500 fm Variations : en RN : 1 cm en RF : 10 cm 15

ANATOMIE FONCTIONNELLE RESPIRATOIRE M. INTERCOSTAUX EXTERNES Plusieurs couches musculaires : - Externe : bas-avant, - Interne : bas-arrière Innervation par les nerfs intercostaux Scalènes SCALÈNE : insertion sur les 2ères côtes et vertèbres cervicales Rôle : Fixer/Elever p. sup de la CT 16

ANATOMIE FONCTIONNELLE RESPIRATOIRE MUSCLES INSPIRATOIRES ACCESSOIRES : Sternocléido-mastoïdien Sternocléidomastoïdiens : - Insertion sur clavicule, …. - Rôle : Elévation p. sup. CT (1ères côtes et sternum) Accessoires : en cas de besoin (respirat. Forcée ou Dysfct du diaphragme Pectoraux, … 17

ANATOMIE FONCTIONNELLE RESPIRATOIRE MUSCLES EXPIRATOIRES Muscles abdominaux : M. expiratoires: mis en jeu en expiration forcée Si contraction : Diaphragme vers haut    vertical et latéral Si relâchement : Diaphragme vers bas    vertical et latéral 18

ANATOMIE FONCTIONNELLE RESPIRATOIRE centres respiratoires moelle Muscles respiratoires 19

ANATOMIE FONCTIONNELLE RESPIRATOIRE a- VOIES AÉRIENNES SUPÉRIEURES (VAS) Fosses nasales Rôle respiratoire et olfactif, Pharynx : Carrefour aéro-digestif, innervation, Larynx : Conduit ostéo-cartilage, épiglotte. b- VOIES AÉRIENNES INFÉRIEURES (VAI) 20

ANATOMIE FONCTIONNELLE RESPIRATOIRE b- VOIES AÉRIENNES INFÉRIEURES Zones de conduction/transition : * Trachée * Arbre bronchique : Bronches, bronchioles terminales et respiratoires Zone respiratoire : * Conduits et sacs alvéolaires 1,8 cm 0,15 cm 0,04 cm Noter  diamètre des voies 21

ANATOMIE FONCTIONNELLE RESPIRATOIRE Zones de conduction/transition : - Epithélium (cellules ciliées et à mucus : Protection) - Muscle lisse (bronchioles : variation du  : Broncho-dilatation ou Broncho-constriction) - Cartilage (absent en bronchioles), fibres élastiques, … 22

ANATOMIE FONCTIONNELLE RESPIRATOIRE Zone respiratoire : Canaux Alvéolaires, Sacs Alvéolaires et Alvéoles. Alvéoles : - Lieu d’échanges : Air/Sang - 300-500 millions - Diamètre : 300 µm - Surface totale : 80-100 m2 23

ANATOMIE FONCTIONNELLE RESPIRATOIRE Épithélium alvéolaire : * Pneumocyte I (aplaties, Échanges…) * Pneumocyte II (cuboïdales, Liquide, …) * Surfactant : - liquide : contact air alvéolaire, produit par pneumocyte II,  tension superficielle à l’interface air/épithélium alvéolaire (facilite l’expansion des alvéoles lors inspiration) Macrophages Pores de Kohn (8 nm, intercirculation entre alvéoles) 24

ANATOMIE FONCTIONNELLE RESPIRATOIRE Effet de Gravité sur élasticité Pulmonaire Effet de Gravité sur ressort Apex en base (élasticité + propre poids) : Volume alvéolaire  Nombre d’alvéoles  Selon : Physiologie humaine H. Guénard, 2009

Cycle respiratoire : Inspiration puis Expiration VOLUMES RESPIRATOIRES Cycle respiratoire : Inspiration puis Expiration Exploration par Spiromètre (à cloche) : Mesurer Volumes d’air mobilisé au cours de la ventilation (inspiration et expiration) Cycle respiratoire 26

capacité pulmonaire totale capacité vitale VOLUMES PULMONAIRES capacité pulmonaire totale capacité vitale volume de réserve inspiratoire 3000 ml 500 ml/cycle volume courant volume de réserve expiratoire capacité résiduelle fonctionnelle 1100 ml volume résiduel 1200 ml 27 Échelle non respectée

Fréquence respiratoire (calme) = 12 cycles/min DÉBITS VENTILATOIRES Fréquence respiratoire (calme) = 12 cycles/min Respiration Normale (Eupnée) VC Tachypnée Dyspnée Apnée Respiration périodique Ventilation pulmonaire totale (ml/min) = Volume courant x Fréquence respiratoire VT = VC x FR = 0,5 x 12 = 6 L/min 28

Espace Mort Anatomique DÉBITS VENTILATOIRES VOLUMES DÉBIT Volume Courant 500 ml Ventilation totale 6 L/min Espace Mort Anatomique 150 ml Ventilation alvéolaire (4,2 L/min) Air alvéolaire 350 ml Rapport ≈ 1 Alvéole Capillaire Sang capillaire pulmonaire (70 ml) Débit sanguin pulmonaire (4 à 4,5 L/min)

Une fraction d’air inspiré ne parvient pas aux alvéoles ESPACE MORT ANATOMIQUE (VD) En série entre la bouche et les alvéoles Zone de conduction:  150 ml Ne participe pas aux échanges gazeux Rôles : Réchauffement, Humidification, Épuration de l’air inspiré Altère l’efficacité de la ventilation : Une fraction d’air inspiré ne parvient pas aux alvéoles 30

VT VA Inspiration Expiration Avant Inspiration Avant Expiration VENTILATION TOTALE, ESPACE MORT ANATOMIQUE ET VENTILATION ALVÉOLAIRE VT 2 3 4 1 4 2 EMA 1 4 4 3 2 1 3 2 1 3 ALVEOLE VA Inspiration Expiration Avant Inspiration Avant Expiration LEGENDE : Air Oxygéné, Air Vicié

Air Atmosphérique : mélange de gaz (Sec ou Humide) LOIS PHYSIQUES DES GAZ Air Atmosphérique : mélange de gaz (Sec ou Humide) Pression totale du mélange :  Pression de chaque gaz (Loi de Dalton) A Patm = 760 mmHg (sec, niveau mer) : 78% N2 21% O2 càd : FiO2 = 21% = 21 ml/100 ml = 210 ml d’O2 / L d’air Pression Partielle d’un gaz : - sa pression individuelle dans le mélange - dépend : Humidité, altitude, ….

Ppgaz = Patm x % gaz dans le mélange PO2 = 760 x 21% = 160 mmHg LOIS PHYSIQUES DES GAZ Si milieu SEC : Ppgaz = Patm x % gaz dans le mélange PO2 = 760 x 21% = 160 mmHg Si milieu HUMIDE (Vapeur d’eau 47 mmHg) : Ppgaz = (Patm – Pve) x % gaz dans le mélange Exemple : PO2 = (760 – 47) x 21% = 150 mmHg

Valeurs Pressions Partielles des gaz : mmHg Gaz Pgaz (25°C, air sec) LOIS PHYSIQUES DES GAZ Valeurs Pressions Partielles des gaz : mmHg Gaz Pgaz (25°C, air sec) Pgaz (37°C, air humide Azote N2 (78 %) 593 556 Oxygène O2 (21 %) 160 150 Gaz carbonique CO2 (0,033) 0,25 0,235 Pression Vapeur d’eau 47 Donc : Pression du Gaz dépend de Température et Humidité C’est le cas du Système Respiratoire

Si Volume  ( 2)  Collisions et Pression  (x 2) LOIS PHYSIQUES DES GAZ Flux Air (échanges) : Gradient de pression DECROISSANT Origine des Flux Air : Mouvements de CT Soit Réservoir : Pression du Gaz  Collisions de ces molécules entres elles et contre paroi du réservoir Si Volume  ( 2)  Collisions et Pression  (x 2) Relation Pression – Volume (Loi de Boyle) Équation : P1V1 = P2V2 (P1 / V2 = P2 / V1) En Ventilation :  Volume CT   Pression  Flux d’air

Air Inspiré Trachéal Réchauffé et Saturé en Vapeur d’eau AIR ATMOSPHERIQUE ET ALVEOLAIRE Dans l’atmosphère (Patm = 760 mmHg, sec) 21 % O2 - 0,03 % CO2 - PatmO2 = 21% x 760 = 160 mmHg - PatmCO2 = 0,033% x 760 = 0,25 mmHg Alvéole Capillaire Air Inspiré Trachéal Réchauffé et Saturé en Vapeur d’eau PtrachO2 = 21% x (760 – 47) = 150 mmHg PtrachCO2 = 0,235 mmHg Air Alvéolaire 14 % O2 - 5,6 % CO2 - PAlvO2 = 14% x (760 – 47) = 100 mmHg - PAlvCO2 = 40 mmHg 36

Temps de transit : 0,75 s ECHANGES GAZEUX PULMONAIRES Vt PAO2 = 100 mmHg PACO2 = 40 mmHg Artère pulmonaire Côté artériel Veine pulmonaire Côté veineux O2 CO2 PO2 = 40 mmHg PCO2 = 47 mmHg Capillaire PO2 = 100 mmHg PCO2 = 40 mmHg Temps de transit : 0,75 s 37

Facteurs physiques impliqués ? ÉCHANGES ALVÉOLO-CAPPILAIRES Facteurs physiques impliqués ? 1- solubilité (α) CO2 10 fois + soluble que O2 PM CO2 (44)  PM O2 (32) α PM0,5 D = (Loi de Graham) = PM Tout gaz insoluble dans eau ou lipides ne diffuse pas. Mais plus facile d’imaginer qu’1 grosse molécule diffusera – facilement qu’1 petite. Bien que PM CO2 + grand que PM O2 , D est nettement + grande pour CO2 que O2

2- Surface des poumons (S) ÉCHANGES ALVÉOLO-CAPPILAIRES 2- Surface des poumons (S) Surface alvéolaire totale : 50 à 100 m2 Relation proportionnelle entre S et D 3- Épaisseur de la surface (E) 0,3 à 1,5 μm Relation inversement proportionnelle entre E et D 4- Gradient de pression des gaz (P) Relation proportionnelle entre P et D S . D . P E DMgaz = En résumé, Diffusion Membranaire DM

Pression partielle du gaz  forme dissoute du gaz TRANSPORT DES GAZ DANS LE SANG O2 et CO2 : 2 formes de transport dans le sang : Dissoute (libre) Combinée (liée) Pression partielle du gaz  forme dissoute du gaz O2 DISSOUT DANS LE PLASMA 1 à 2 % de l’O2 transporté par le sang (peu soluble). PO2 = proportionnelle au Volume de ce gaz dissout (Loi de Henry). 40

OXYGÈNE COMBINÉ À L’HÉMOGLOBINE TRANSPORT DES GAZ DANS LE SANG OXYGÈNE COMBINÉ À L’HÉMOGLOBINE Hémoglobine (Hb) : Protéine (Globine + Hème, PM 64500 Da) 4 chaînes polypeptidiques : Globines (HbA: 2 + 2ß) HbF (2 + 2) (Hb fœtal) 1 atome de fer (Fe2+) / hème Fixe 4 molécules d’O2 = Oxyhémoglobine HbO2 ( +98 %)

Relation PO2 et HbO2 (relation Saturation Hb en O2) TRANSPORT DES GAZ DANS LE SANG Hb + O2 HbO2 Loi d’action de masse : Si PO2   taux de saturation  (HbO2 ) Relation PO2 et HbO2 (relation Saturation Hb en O2)

PO2 à 50% de saturation en O2 (P50= 27 mmHg) OXYGÈNE FIXÉ A L’HÉMOGLOBINE PO2 = 100 mmHg (Capillaires pulmonaires) PO2 = 40 mmHg (Capillaires tissulaires) PO2 à 50% de saturation en O2 (P50= 27 mmHg)

pH = Effet Bohr Effet du pH Hb + O2 HbO2 + H+ OXYGÈNE FIXÉ A L’HÉMOGLOBINE Effet du pH Hb + O2 HbO2 + H+ Variation pH  Changement Affinité O2 - Hb ACIDOSE :  P50 (courbe déplacée vers droite) pH ALCALOSE : effet inverse = Effet Bohr Si libération O2, Hb réduite (DésoxyHb) capte H+ 44

CO2 Si  CO2 sanguin (Hypercapnie) :  P50 (vers droite) OXYGÈNE FIXÉ A L’HÉMOGLOBINE Effet du CO2 Si  CO2 sanguin (Hypercapnie) :  P50 (vers droite) suivi  pH (Par effet Bohr) CO2 Si  CO2 sanguin (Hypocapnie) : effet inverse 45

Effet du 2,3-DPG (2,3-diphosphoglycérate) OXYGÈNE FIXÉ A L’HÉMOGLOBINE Effet du 2,3-DPG (2,3-diphosphoglycérate) = métabolite érythrocytaire de la voie de la glycolyse Le 2,3-DPG : 2, 3-DPG Réduit l’affinité de l’Hb pour O2 (vers droite) 46

Volume d’O2 (ml) que peut fixer 1g d’Hb = 1,34 ml d’O2 OXYGÈNE FIXÉ A L’HÉMOGLOBINE En résumé : Ce qui  Affinité Hb-O2 (P50) :  2,3-DPG  pH  PCO2  Température Pouvoir oxyphorique d’Hb : Volume d’O2 (ml) que peut fixer 1g d’Hb = 1,34 ml d’O2 Condition Standard (STPD) : T°, P=760 mmHg, Dry

CO2 dissout CO2 combiné  20 x + soluble que O2 TRANSPORT DU CO2 CO2 dissout  20 x + soluble que O2 5 % du CO2 sanguin total CO2 dissout vrai Acide carbonique H2CO3 (très faible) CO2 combiné Bicarbonates Carbamates (formes carbaminées) 48

Anhydrase carbonique des Globules rouges (AC) TRANSPORT DU CO2 Bicarbonates CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+ Anhydrase carbonique des Globules rouges (AC) • 90 % du CO2 sang veineux • Quasi-totalité HCO3-  Synthèse Globules Rouges (par Anhydrase carbonique des GR) 49

HbNH2+ CO2 HbNHCOOH (carbamates) TRANSPORT DU CO2 Formes carbaminées Liaison du « C » avec groupes aminés terminaux des protéines (Hb) Exemple : La carbamino-hémoglobine = HbCO2 HbNH2+ CO2 HbNHCOOH (carbamates) 50

Distribution du rapport VA / PS ? RAPPORT VENTILATION - PERFUSION POUMON : Système ventilatoire + Lieu d’échanges gazeux (Alvéole - Sang) ECHANGES EFFICACES SI : Bonne Ventilation Alvéolaire (VA) - Bonne Perfusion sanguine (PS) Valeurs Palv-cap CO2 et Palv-capO2 : dépendent du Rapport VA/PS Distribution du rapport VA / PS ? Notions de gravité et d’élasticité Lire livre physiologie humaine page 217 (équation de Fick et rapport VA / PS) calcul Distributions régionales et locales Pas de valeur uniforme du rapport VA / PS (moyenne calculée) Hétérogénéité VA et PS dans les poumons

Gravité et Distribution de la Ventilation Alvéolaire ? RAPPORT VENTILATION - PERFUSION Hétérogénéité rapport : dépend de la Hauteur du poumon (gravité) Gravité et Distribution de la Ventilation Alvéolaire ? POUMON : Structure élastique suspendue à la trachée Poids supporté par un niveau d’autant + faible en se dirigeant vers la base Structures pulmonaires les + étirées : sommet CONSEQUENCES : Compliance alvéolaire (V / P) + basse au sommet Selon : Physiologie humaine H. Guénard, 2009

Pente de la courbe dans sa partie linéaire RAPPORT VENTILATION - PERFUSION COURBE DE COMPLIANCE Principe : Mesurer la variation de Volume provoquée par l’application d’une Pression P V Compliance : Pente de la courbe dans sa partie linéaire Modifié d’après Brunet et al. Am J Respir Crit Care Med 1994)

Débit alvéolaire  de Apex vers Base RAPPORT VENTILATION - PERFUSION DONC : Pour même P trans-pulmonaire  (+) grandes V sont à la base qu’à l’apex des poumons  Débit alvéolaire  de Apex vers Base Selon : Physiologie humaine H. Guénard, 2009

Gravité et Distribution de la Circulation Pulmonaire ? RAPPORT VENTILATION - PERFUSION Gravité et Distribution de la Circulation Pulmonaire ? Gradient vertical de perfusion sanguine / unité de volume pulmonaire (du fait de la pression hydrostatique) Débit sanguin  de Apex vers Base Selon : Physiologie humaine H. Guénard, 2009

- Bien que les  de l’apex vers la base : DV croît moins vite que DS RAPPORT VENTILATION - PERFUSION Rq : - Bien que les  de l’apex vers la base : DV croît moins vite que DS - Donc : Pentes  (DS  DV) - Distribution verticale DV et DS : Mécanisme totalement indépendant et différent Selon : Physiologie humaine H. Guénard, 2009

DISTRIBUTIONS COMBINÉES Débit Ventilatoire et Débit de Perfusion RAPPORT VENTILATION - PERFUSION DISTRIBUTIONS COMBINÉES Débit Ventilatoire et Débit de Perfusion DV et DS : relations linéaires Rapport DV / DS : relation curvilinéaire asymétrique VA Q Selon : Physiologie humaine H. Guénard, 2009

Sujet normal : Valeurs régionales : 0,8  VA / Q  1,2 RAPPORT VENTILATION - PERFUSION Sujet normal : Valeurs régionales : 0,8  VA / Q  1,2 Régions sur-ventilées et sous-ventilées par rapport à leur perfusion sanguine VA Q 9 1 1 3 2 4 5 6 8 7 9 Rq: VA / Q varie beaucoup dans le 1/3 supérieur du poumon Selon : Physiologie humaine H. Guénard, 2009

- Sujet normal : Adéquation globale entre VA et Q (rapport  1) RAPPORT VENTILATION - PERFUSION - Sujet normal : Adéquation globale entre VA et Q (rapport  1) - Pathologies : Inadéquation - 2 cas extrêmes : - Obstruction bronchique : VA / Q = 0 (Zone Perfusée et Non Ventilée) - Obstruction vasculaire : VA / Q =  (Zone Ventilée et Non Perfusée) Selon : Physiologie humaine H. Guénard, 2009

Quelle impact de la régionalisation du VA/Q RAPPORT VENTILATION - PERFUSION Quelle impact de la régionalisation du VA/Q sur pO2 et pCO2 ? Pour un VA/Q donné (0  )  pO2 et pCO2 Diagramme de Rahn 1 3 2 4 5 6 8 7 9 A noter qu’entre les points extrêmes (1 et 9) : - PaO2  40 mmHg - PaCO2  14 mmHg Selon : Physiologie humaine H. Guénard, 2009

3 situations (correspondance d. de Rahn) RAPPORT VENTILATION - PERFUSION 3 situations (correspondance d. de Rahn) Normal (a) VA/Q = 1 : Zone Ventilée et Perfusée Obstruction bronchique (b) VA/Q = 0 : Zone Perfusée et Non Ventilée Obstruction vasculaire (c) VA/Q =  : Zone Ventilée et Non Perfusée Selon : Physiologie humaine H. Guénard, 2009

Si VA/Q  normale (vers base) : - PAlvCO2  peu - PAlvO2  beaucoup RAPPORT VENTILATION - PERFUSION CORRESPONDANCE - Diagramme de Rahn - Valeurs VA / Q - Hauteur du poumon Si VA/Q  normale (vers base) : - PAlvCO2  peu - PAlvO2  beaucoup Si VA/Q  0,84 (vers apex) : - PAlvCO2  rapidement vers 0 - PAlvO2 tend rapidement vers gaz inspiré (air) Conséquences : - PartO2 du sang quittant l’alvéole est + forte au somment - PartCO2 la + basse au sommet Selon : Physiologie humaine H. Guénard, 2009

Quelles Conséquences Fonctionnelles sur les Echanges Pulmonaires ? RAPPORT VENTILATION - PERFUSION Quelles Conséquences Fonctionnelles sur les Echanges Pulmonaires ? APEX POUMON Oxygénation Débits Perfusion - Ventilation Echanges pulmonaires BASE POUMON CONCLUSION Base pulmonaire : Assurant le + Echanges malgré Oxygénation + faible

RAPPORT VENTILATION PERFUSION Origine des Échanges AIR / SANG :  Pression Est-ce suffisant pour extraire efficacement les gaz ??? … Combinaison harmonieuse entre Flux d’air et Débit sanguin Débit sanguin (Perfusion) : suffisant pour extraire le max O2 disponible Ventilation alvéolaire adaptée à Perfusion sanguine au travers capillaires pulmonaires

Rapport Ventilation alvéolaire / Perfusion sanguine  1 Équilibre RAPPORT VENTILATION - PERFUSION Soit Unité pulmonaire (alvéole + capillaire) VENTILATION ALVEOLAIRE (4200 ml/min) Bronchiole Capillaire Alvéoles Sang pauvre en O2 Sang riche en O2 PERFUSION SANGUINE (4000 à 4500 ml/min) Rapport Ventilation alvéolaire / Perfusion sanguine  1 Équilibre

Rapport Ventilation Perfusion REAJUSTEMENT DU RAPPORT Rapport Ventilation Perfusion - Ventilation Alvéolaire réduite - Perfusion Sanguine normale Si Càd Rapport VA / PS  Sang pauvre en O2 PCO2  PO2 Sang riche en O2 Sang non oxygéné VA & PS = Déséquilibre

Ventilation alvéolaire & Perfusion sanguine = Équilibre rétabli REAJUSTEMENT DU RAPPORT Comment ajuster le rapport ? PCO2  PO2 Sang pauvre en O2 Sang pauvre en O2 Sang riche en O2 -1. Vasoconstriction locale des artérioles pulmonaires des alvéoles mal ventilées 2. Détournement du sang : régions hypo-ventilées vers régions mieux ventilées (Compensation) Ventilation alvéolaire & Perfusion sanguine = Équilibre rétabli 67 67

si Rapport VA / PS varie, comment évolue Pression partielle Gaz ? RAPPORT VENTILATION - PERFUSION si Rapport VA / PS varie, comment évolue Pression partielle Gaz ? (d’après J.B. west) Entrée d’alvéole : Palv se rapproche de celle des gaz inspirés : PalvO2  150 mmHg, PalvCO2 0 mmHg Entrée du capillaire : Palv s'équilibre avec Psang : PalvO2 = 40 mmHg, PalvCO2 = 45 mmHg

Anatomie fonctionnelle RÉGULATION DE LA VENTILATION Anatomie fonctionnelle 1- Centres respiratoires a. le bulbe : contient le centre respiratoire b. le pont (protubérance) 2- Moelle Motoneurones alpha (corne antérieure) reçoivent les influx élaborés par les centres. 3- Muscles respiratoires = Effecteurs a. muscles respiratoires b. muscles contrôlant les VAS 69

Régulation de la Ventilation Respiration : processus Rythmique et Inconscient (normalement) Muscles respiratoires : squelettiques non autorythmiques Activité musculaire : déclenchée par Motoneurones contrôlés par SNC Centres Cérébraux Supérieurs Émotions et Contrôle volontaire Interaction avec Centre Cardiovasculaire bulbaire RYTHMICITÉ RESPIRATOIRE Réflexes (Chémorécepteurs)

Régulation de la Ventilation Neurones Respiratoires : Groupés en 2 centres du Bulbe Rachidien : 1. Neurones Inspiratoires : Groupe Respiratoire Dorsal GRD 2. Neurones Expiratoires (active) : Groupe Respiratoire Ventral GRV NEURONES : Réseau avec Générateur Central du Rythme Respiratoire (GCRR, Localisation anatomique !!!) GCRR : Rythmicité intrinsèque (Neurones Pacemaker à Er instable) En Respiration Calme : Décharges NI  (PA) : progressive M. inspiratoires (déploiement CT)  INSPIRATION

RÉGULATION DE LA VENTILATION

En Respiration Calme : NE (GRV) restent inactifs RÉGULATION DE LA VENTILATION Après 2 sec : Arrêt brutal Décharges NI : Relâchement M. inspiratoires puis Expiration passive En Respiration Calme : NE (GRV) restent inactifs En Respiration forcée : NE en activité (Insp. et Exp. actives) Il semblerait que : NI, NE : Inhibition réciproque NE NI

Régulation de la Ventilation Corrélation : Activité NI (GRD) et Variation VC (Tidal volume)

Régulation de la Ventilation RÉGULATION RÉFLEXE Récepteurs sensibles à Variations chimiques CHÉMORÉCEPTEURS  CO2  O2  pH  Rythmicité GCRR CHÉMORÉCEPTEURS + important : CO2  O2 ou pH Chémorécepteurs à O2 / CO2 : Associés à Circulation artérielle

Régulation de la Ventilation - Si peu O2 artériel arrivant au Cerveau/Muscles   Ventilation - Si CO2 artériel    Ventilation Ces Réflexes Homéostatiques : Permanents maintenant partO2 ou CO2  constantes CHÉMORÉCEPTEURS Chémorécepteurs Périphériques Chémorécepteurs Centraux

Régulation de la Ventilation Chémorécepteurs Périphériques « CP » Lieu : Artère Carotide et Artère Aorte (près Barorécepteurs) Détecte : Variations plasmatiques partO2 , partCO2 , pH Chémorécepteurs Centraux « CC » Lieu : Cerveau (Bulbe près Neurones Respiratoires) Détecte : Variations pCO2 dans Liquide Céphalorachidien LCR

Régulation de la Ventilation Chémorécepteurs Périphériques « CP » Mécanisme de base : Si pO2  - pH  - pCO2  :   Ventilation (par réflexe) CP : Cellules à gK+ sensible à O2 Si pO2  (exemple) : Fermeture gK+ Dépolarisation Exocytose (Neuromédiateur : Dopamine) Potentiel d’Action : neurone sensitif Information du Bulbe   Ventilation

Régulation de la Ventilation Variations pO2 : = moins importantes en Régulation quotidienne de Ventilation Càd : si pO2  de 100 à 60 mmHg  Rien sur Ventilation MAIS : Si pO2 < 60 mmHg   Ventilation (altitude 3000 m)

Régulation de la Ventilation Chémorécepteurs Centraux « CC » CC : Informent le GCRR sur le Niveau pCO2 LCR Variation Ventilation Si partCO2  : - CO2 franchit Barrière Hémato-Encéphalique (BHE) - Production H+ (pHLCR) - Activation CC puis GCRR -  Ventilation ( pCO2art)

Régulation de la Ventilation Chémorécepteurs Centraux « CC » pH LCR : Influence directe sur CC (H+ produit dans Liquide Céphalorachidien) pH plasma : Pas Influence directe sur CC (H+ traverse très lentement Barrière Hématoencéphalique)

Régulation de la Ventilation 82

RÉGULATION DE LA VENTILATION

RÉGULATION DE LA VENTILATION FIN 84

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