Cours de Physiologie L’appareil respiratoire

Sommaire : Chapitre 1 : Échange et transport des gaz I. Introduction II. Physique des gaz III. Air atmosphérique et air alvéolaire IV. Les différents gaz du sang V. La respiration tissulaire VI. Phénomènes physico-chimique des échanges VII. Causes possibles de perturbation des échanges Chapitre 2 : Anatomie et mécanique respiratoire II. Anatomie III. Mouvement respiratoire IV. La ventilation pulmonaire V. La régulation de la ventilation

Échange et transport des gaz. Chapitre 1 Échange et transport des gaz.

I. Introduction L’air atmosphérique est composé de 3 gaz principaux : 79 % : azote (aucune influence sur la respiration) 21 % : dioxygène 0,03 % : dioxyde de carbone Sang oxygéné : - 20% de dioxygène Sang désoxygéné : 54% de dioxyde de carbone 14% de dioxygène autres gaz

II. Physique des gaz Principaux caractères physique des gaz : - ils exercent une pression - molécules en mouvement continu - la température a un rôle important - forces d’attraction entre les molécules. (nulles pour les gaz et importantes pour les liquides) Comme il s’agit de gaz, ils sont régit par certaine lois physique. Dont voici les plus importante : 1. Loi de BOYLE : La pression d’un gaz est inversement proportionnelle à son volume si la température reste constante.

II. Physique des gaz 2. Loi de CHARLES : La pression d’un gaz est directement proportionnelle à la température absolue si le volume reste contant. 3. Loi d’AVOGADRO : Tous gaz qui ont même volume, à la même température et à la même pression contiennent le même nombre de molécules. 4. Loi des gaz parfaits : P . V = n.R.T P : Pression atmosphérique (atm) V : volume (L) n : molécule R : constante qui est égal à : 0,082 T : Température absolue (K)

II. Physique des gaz 5. Loi des molécules des gaz : L’air que l’on respire est composé majoritairement de : CO2, O2 et azote. Loi de DALTON : Chaque gaz de mélange se comporte comme s’il occupait le volume total et possède une pression partielle indépendante des autres gaz présents. Loi de HENRY : Concerne la dissolution des gaz dans un liquide. Il se fait avec le coefficient de solubilité. La pression est le facteur principal. Chaque gaz à un coefficient de solubilité dans un liquide. Le CO2 possède la plus grande solubilité.

II. Physique des gaz L’hémoglobine (Hb) : - Responsable de la couleur rouge du sang. => pigment dans les globules rouges. - Transporteur de molécule. => grande affinité pour le CO2 et O2. Dans le plasma, il y a présence de gaz dissous. Ces gaz vont être fixé en combinaisons chimiques sur l’hémoglobine.

III. Air atmosphérique et air alvéolaire La composition de l’air atmosphérique ne change pas. => Fixité de l’air atmosphérique La composition de l’air alvéolaire ne change pas malgré les demande variables. => Fixité de l’air alvéolaire Le quotient respiratoire est défini par le volume de CO2 et le le volume de O2. Cette varie selon le type d’aliments. => coef respiratoire = VCO 2 / V O2 < 1 (en théorie) Une partie de l’ O2 va être utilisé pour produire de l’eau, des déchets et du CO2 => combustion non complète.

IV. Les différents gaz du sang 1. O2 Forme dissous : lié à la forte pression dans les poumons. Forme combiné à Hb. (forme la plus importante) => 100 mL de sang artériel  19,7 mL de O2 => 100 mL de sang veineux  13,8 mL de O2 Hb-O2 est très instable par rapport à HB-CO2 Il y concurrence entre O2 et CO2 lors de la fixation avec l’Hb. => Facteur d’instabilité : pH et la température. La myoglobine : Courbe inverse de Hb pour une meilleur utilisation des muscles. => délivre plus facilement O2 dans les muscles.

IV. Les différents gaz du sang 2. CO 2 Forme plasmatique - dissous dans le plasma (très soluble) - combiné (système tampon) => 35 mL / 100mL de sang (H2CO3, …) - combinaison avec des protéines. => carbonates Forme globulaire : Hb-CO2 => 15 mL CO2 / 100 mL de sang Anhydrase carbonique : enzyme au niveau des alvéoles pulmonaires. => facilite la dissociation de Hb-CO2 da,s les poumons de manière active. Remarque : Si Hb-O2 diminue alors Hb-CO2 augmente au niveau des tissus lors que cela devient plus alcalin.

V. La respiration tissulaire Permet l’échange des gaz grâce au mitochondrie => Toute cellule doit être a proximité des vaisseaux. La circulation sanguine va influencer par la proximité et par le débit. Les variations de débit peuvent facilité les échanges. Différence artério-veineuse en O2 => 34 % pour le cerveau => supérieur à 80% pour les muscles en activité.

VI. Phénomènes physico-chimique des échanges système en contact. surface d’échange (90 m² déplié pour les alvéoles. Maladie : Œdème pulmonaire (plasma au lieu de O2) => par le chlore, gaz de combat, …

VII. Causes possibles de perturbation des échanges Lié à l’air alvéolaire : - Composition de l’air alvéolaire, pression - Baisse de la surface d’ échange - Baisse du débit ventilatoire Liée à l’organisme : Demande d’O2 Rejet de CO2 Température du corps Débit sanguin Liée à l’état du sang : Quantité d’Hb Composition chimique du plasma Gaz dissout dans le plasma

Anatomie et mécanique respiratoire Chapitre 2 Anatomie et mécanique respiratoire

I. Introduction Mise en contact de l’air alvéolaire et du sang désoxygéné. Le cycle normal du cycle respiratoire est d’environ de 12 par minute. L’ élasticité pulmonaire est importante car elle permet aux poumons de se rétracter.

II. Anatomie a) Les poumons

Trachées Coeur Poumons

Poumon droit

Coupe du tissus du poumons

Représentation 3D des poumons Vascularisation des poumons

II. Anatomie Les deux poumons sont situés dans la cage thoracique. Le poumon droit a 3 lobes alors que le gauche en a 2. Les poumons sont diviser en lobes et les lobes en lobules. Les lobules sont en contact avec l’air grâce aux bronchioles. Il y a 3.10^8 alvéoles dans les poumons. La paroi des alvéoles est très fine. Les alvéoles pulmonaire sont remplies d’un liquide facilitant l’élasticité pulmonaire.

Image 3D d’alvéoles

Échange gazeux dans les alvéoles

Schéma 3D des échanges gazeux

Échanges gazeux au niveau alvéolaire

II. Anatomie b) Les voies respiratoires Elles commencent tout d’abord par le nez et les fosses nasales. Le nez à une triple fonction : - Humidificateur de l’air - Réchauffement de l’air - Dépoussiérage de l’air Les cordes vocales sont présentes dans le larynx. Les Bronches suivent une dichotomie. Les divisions se font à angle égal. Il y a environs 17 divisions à partir de la trachée jusqu’aux alvéoles. Les alvéoles font parties du système d’échange.

II. Anatomie Toutes les poussières sont dangereuses dès qu’elles arrivent dans les poumons. Au niveau des alvéoles, les macrophages sont des cellules qui permettent le nettoyage. Pour les plus petites particules, c’est le système lymphatique qui fait fonction de nettoyeur. Ce système envoie les particules non phagocyter dans les ganglions qui vont être stocker.

II. Anatomie c) La plèvre La plèvre est l’enveloppe des poumons. Formée de deux feuillets => Protection des poumons (si celui-ci est déchiré, le poumon ne fonctionne plus). Entre les deux feuillets il y a du vide L’élasticité pulmonaire est aussi liée à la tension de surface en plus des fibres. Compliance pulmonaire = élasticité d’un volume.

II. Anatomie d) Le thorax C’est la partie squelette des poumons associée à la colonne vertébrale à l’arrière et à la cage thoracique à l’avant. Il sert à protéger le poumon des chocs. => rôle de protection. Le diaphragme permet de pouvoir bouger les côtes lors de l’expiration et d’inspiration. Il est en forme de deux coupoles, situé sous les poumons. Il s’agit d’un anneau qui monte et qui descend.

III. Mouvement respiratoire Inspiration : C’est la phase active. Elle est réalisée par le diaphragme et l’élasticité pulmonaire. C’est une contraction générale du diaphragme qui permet d’augmenter le volume du poumons. Expiration : C’est la phase passive réalisée par les muscles intercostaux qui peuvent freiner ou augmenter la respiration. Elle utilise aussi l’élasticité pulmonaire. Lors d’un effort intense l’expiration devient active. Rythme Respiratoire : Il varie selon l’âge, chez les nouveaux nés : 44 cycles (vite), a 14 ans : 20 cycles et chez l’adulte : 12 à 16 cycles. Mouvement non respiratoire : rire, chant, bâillement, hochet, les pleurs, efforts.

IV. La ventilation pulmonaire On peut mesurer le débit de O2 à l’aide d’un spiromètre, on obtient ainsi une courbe de débit en fonction du volume. Elle peut se faire avec des appareils : - circuit ouvert => mais aussi pour mesurer le rejet de CO2 - circuit fermé (quantité d’O2 déterminée, on mesure le temps jusqu’à épuisement de l’air.) La courbe la plus utilisée est la courbe débit / volume

Exemple de courbe débit / volume

IV. La ventilation pulmonaire Il y a réduction des capacités respiratoire avec l’âge, du fait que les fibres soient moins élastiques. Débit (Q) :  Q = 6 à 8 L / min (repos)  Q = 100 à 150 L / min (effort) Q alvéolaire = V courant – V espace mort x Fréq Resp Où V espace mort comportant la fosse nasale, bronche, … Mieux veut une respiration lente et remplie qu’une respiration vite et peu rempli.

V. La régulation de la ventilation Il peut être multiplié par 15, elle est assuré par le centre respiratoire (bulbe rachidien => zone sensible) Les centres bulbaires se trouvent dans un centre respiratoire. Un stimuli respiratoire est un facteur de régulation dont les variations physiologiques agissent sur les centres respiratoires et leur apportent une information sur les besoins de l’organisme. Le premier stimulus essentiel est le CO2 => le mécanisme est double : - artériel (chimiorécepteur) : si la stimulation augmente, la ventilation diminue. - directement sur les centres bulbaires (puisqu’ils sont vascularisé)

V. La régulation de la ventilation Le deuxième stimulus est l’ O2 : => si on diminue l’inspiration d’O2 on diminue la respiration artérielle, ce qui provoque une hyperventilation. => même mécanisme que pour le CO2 Le troisième stimulus est le pH : => augmentation d’acide  ventilation augmente => augmentation de base  ventilation diminue. Le quatrième stimulus sont les propriocepteurs => reflex sur la respiration.