La mécanique ventilatoire 1-Définition 2-Les muscles respiratoires 3-Le cycle respiratoire (relation P/V) 4-Les Résistances statiques dynamiques

Mécanique ventilatoire 1- Définition Étude des forces qui mobilisent le poumon et la paroi thoracique et des résistances qui s ’y opposent forces  contraction musculaire résistances  statiques (structure poumon-thorax...)  dynamiques (RVA, frottements tissus)

2- Les muscles respiratoires les muscles inspiratoires le diaphragme: formé d'un centre tendineux, et d'une partie musculeuse qui comporte 3 piliers (sternal,costal et vertébral) innervé par les n. phréniques droit et gauche (3,4 et 5ème racines cervicales) sa contraction provoque un élargissement des 3 diamètres du thorax, par un mouvement de piston M. inspiratoire principale

Les muscles respiratoires les muscles inspiratoires Les muscles intercostaux externes orientés en bas et en avant, projettent les côtes en haut et en avant stabilisent la cage thoracique augmentent le diamètre latéral

Les muscles respiratoires les muscles inspiratoires les muscles inspiratoires accessoires m. scalènes, qui élèvent les 2 premières côtes m. sterno-cleido-mastoïdien, attire le sternum en haut et en avant

Les muscles respiratoires les muscles expiratoires L'expiration est un phénomène passif en respiration calme, grâce aux propriétés élastiques du thorax Pour des débits élevés vont intervenir: les m. abdominaux (grand droit, transverse, obliques) les m. intercostaux internes orientés en bas et en arrière, projettent les côtes en bas et en dedans

Exploration des muscles respiratoires Examen clinique (dyspnée, orthopnée …) Radiographie, radioscopie Electromyographie : recherche une atteinte neuro-musculaire PImax, PEmax, sniff test

3- Le cycle respiratoire évolution des pressions et des volumes

L ’appareil thoraco-pulmonaire Voies aériennes Pression pleurale Pression alvéolaire Poumon Cage thoracique diaphragme Cage thoracique : système fermé Poumon : système ouvert

Rappel : La loi de Boyle-Mariotte Loi des gaz : PV = nRT Loi de Boyle-Mariotte : PV = constante à température constante T : température P : pression V : volume

Cage thoracique : système fermé Loi des gaz : PV = nRT Loi de Boyle-Mariotte : PV = constante à température constante T : température, P : pression, V : volume V P V P

Poumon : système ouvert P atmosphérique ou barométrique = 760mmHg = référence (prise comme 0) = Patm ou PB Patm Inspiration: La pression alvéolaire PA diminue PA<Patm L’air entre de l’extérieur vers les alvéoles PA  L’air se déplace d’une zone de haute pression vers une zone de basse pression

Poumon : système ouvert P atmosphérique Expiration: La pression alvéolaire PA augmente PA>Patm L’air sort des alvéole vers l’extérieur PA 

Le cycle respiratoire Inspiration Contraction muscles inspiratoires Expansion cage thoracique  Pression pleurale (Ppl) Expansion poumon Pression alvéolaire (PA) Débit aérien atmosphèrealvéole

Le cycle respiratoire Expiration Relaxation muscles inspiratoires Diminution du volume de la cage thoracique  Pression pleurale (Ppl) Diminution du volume pulmonaire Pression alvéolaire (PA) Débit aérien alvéole atmosphère

Le cycle respiratoire D ’après J.B. West, Physiologie Respiratoire, Ed Pradel

4- Les Résistances

R. des voies aériennes Résistances dynamiques Frottements des tissus Force appliquée Résistances élastiques statiques Inspiration Expiration

Les résistances 4-1 Statiques 4-2 Dynamiques a frottement des tissus a Notion de compliance : thoracique, pulmonaire, thoraco-pulmonaire b Compliance pulmonaire : fibres élastiques interface gaz / liquide 4-2 Dynamiques a frottement des tissus b écoulement de l ’air dans les voies aériennes: les facteurs modifiant les RVA

4-1-a Les résistances statiques : La compliance e = L / F ressort C = V /P système tridimensionnel

Compliance pulmonaire Pression transpulmonaire Volume pulmonaire Inspir. forcée Capacité vitale V Expir. Calme (CRF) P Expir. forcée V. relax cm H2O -20 + 20 Pression transpulmonaire

Compliance pulmonaire Volume pulmonaire emphysème normal fibrose Pression cmH2O

4-1-b Compliance pulmonaire : les fibres élastiques Tissu pulmonaire = réseau de fibres interconnectées entre elles protéines de structures : élastine (principal composant des fibres élastiques), collagène, glycoproteines, protéoglycanes. exemple : l'élastine : peut être altérée par des protéases, comme l'élastase et les métalloprotéinases matricielles des polynucléaires neutrophiles et macrophages des antiprotéases , dont l'-1antiprotéase, ou antitrypsine, limitent leur action.

4-1-b Compliance pulmonaire : l ’interface gaz-liquide Liquide : se rétracte pour obtenir une surface minimale Tension superficielle (T) : force superficielle de contraction d’un liquide grâce à laquelle la surface air-liquide tend à être la plus réduite possible

Compliance pulmonaire : l ’interface gaz-liquide Alvéole : assimilé à une sphère liquidienne Loi de Laplace : P = 2T/r P = pression, T = tension superficielle, r = rayon T: dynes / cm, P: dynes / cm² ou cmH2O, r: cm T P

Le surfactant tapisse les alvéoles composé essentiellement de phospholipides (dont la phosphatidyl choline) et de 13% de protéines secrété par les pneumocytes II (PNII) Agent tensio-actif : réduit la tension superficielle (donc réduit la force de rétraction de la sphère)

Le surfactant demi-vie courte : phagocytose par les macrophages alvéolaires et PNII, passage vers les capillaires Chez le foetus: PNII vers 22 semaines d’aménorrhée surfactant vers 36 semaines d’aménorrhée

Maladie des membranes hyalines Nourrisson normal Membranes hyalines (déficit en surfactant) r = 50 µ T = 5 dyn/cm P = 2 x 5 / 50 dyn/cm² P = 2 cm H2O r = 25 µ T =25 dyn/cm P = 2 x 25 / 25 dyn/cm² P = 20 cm H2O P = 2 x T / r

Le surfactant Loi de Laplace : P = 2T / r alv2 alv1 Si T identique, Palv1 > Palv2 Loi de Laplace : P = 2T / r Le surfactant abaisse plus T des petits alvéoles que des gros Donc P devient identique dans les gros et les petits alvéoles D’où une stabilité pulmonaire

Rôles du surfactant Réduit la tension superficielle Stabilité pulmonaire : la tension de surface varie avec l ’étirement du surfactant Maintien les alvéoles au sec

Autres rôles du surfactant Stabilité pulmonaire : la tension de surface varie avec l ’étirement du surfactant Maintien les alvéoles au sec

Explorer la compliance statique Mesure des compliances : recherche ! nécessite la mise en place d ’un ballonnet oesophagien Imagerie thoracique (TDM): bonne corrélation anatomo-fonctionnelle

4-2-b Les facteurs modifiant les résistances des voies aériennes (RVA) Rappels - Écoulement des gaz dans un tube - Répartition des RVA Facteurs modifiant les RVA : - Phénomènes « passifs » : - Phénomènes « actifs » : la bronchomotricité

Modification « active » : Les facteurs modifiant les RVA Modification « passive » gaz structure des bronches tissu de soutien volume pulmonaire pression intra-pleurale RVA Modification « active » : Bronchomotricité

Densité et viscosité des gaz RVA  avec la densité et la viscosité des gaz En hyperbarie (plongée), l’ des RVA entraîne une  travail respiratoire à 20 mètres, la pression est de 3 atmosphères, les RVA sont multipliées par trois Remplacer l’azote par l’hélium, de faible densité

Structure de la trachée

Structure des bronches

Les bronches sont enchâssées dans le tissu pulmonaire

Les facteurs modifiant les RVA Modification « passive » RVA Modification « active » : Bronchomotricité • Voie nerveuse • Médiateurs endogènes bronchiques (mastocytes, celllules épithéliales) extrinsèques (éosinophiles, neutrophiles)

récepteurs Voies afférentes Système nerveux central bulbe n. vague Système nerveux central bulbe Voies efférentes • parasympathiques (n. vague) sympathiques muscle lisse bronchomotricité - à l’irritation - mécanorécepteurs - récepteurs « J » - extra-pulmonaires

. Tonus parasympathique de repos Système nerveux central Centres végétatifs Tonus parasympathique de repos . x Nerf vague Muscle lisse bronchique • Bronchoconstriction • sécrétion mucus

Récepteur M3 : bronchoconstriction M2 : limite la relaxation adrénergique

Centres végétatifs Système sympathique Glande sous muqueuse • Art. bronchique • Muscle lisse bronchique : non Segments Ganglions cervicaux Moelle et thoraciques dorsale Système sympathique

Centres végétatifs  libération de médiateur (mastocyte) • Glande sous muqueuse • Art. bronchique • Muscle lisse bronchique Centres végétatifs Ganglions cervicaux et thoraciques Muscle lisse Segments Moelle dorsale R. 2 adrénergiques adrénaline circulante bronchodilatation  libération de médiateur (mastocyte)  œdème de la muqueuse  Cl muco- ciliaire Médullo- surrénale Système sympathique

Interactions systèmes sympathique / parasympathique Leur récepteurs sont couplés à des protéines G ont les mêmes voies de signalisation intra-cellulaire dans les mêmes cellules cibles

Système non adrenergique non cholinergique NANC Système inhibiteur 2ème neurone parasympathique et autres? Neuropeptides (VIP, NO) bronchodilatation VIP : vasoactive intestinal polypeptide NO : monoxyde d’azote (++ homme)

Système NANC Système excitateur Système nerveux central Fibres C substance P neurokinine A Agression épithéliale bronchoconstriction  mucus sous-tend une réaction inflammatoire ?

Mesure des RVA (indirectement : Courbe débit-volume) interruption du débit pléthysmographie

Relation pression-débit PA PB RVA . V (PA - PB) RVA = . V

Interruption du débit . (PA - PBaro) PA RVA = V Valve fermée : PBouche = PA (PA - PBaro) RVA = . V

Pléthysmographie P cabine : permet de calculer PA (PA - PB) V RVA = .

Coût de la respiration en O2 au repos : < 5% de la VO2 totale effort maximal : 8-15% de la VO2 totale chez un sujet sain (mais 20-25% chez un patient ayant une BPCO)