Physiologie Respiratoire Pr A. Charloux Institut de Physiologie Service de Physiologie et d’Explorations Fonctionnelles

Plan Introduction - Rappels d ’anatomie fonctionnelle Ventilation et mécanique ventilatoire Diffusion alvéolocapillaire Circulation pulmonaire Inégalités ventilation/perfusion Transport de l ’O2 et du CO2 La régulation de la ventilation

Introduction Rappels d ’anatomie fonctionnelle 1-Définition de la respiration 2-Schéma général 3-Anatomie fonctionnelle VAS / VAI bronches alvéoles circulation 4-Autres fonctions du poumon

1- Définition Physiologie respiratoire : étude des échanges gazeux entre l ’air et les tissus But de la respiration : délivrer aux tissus la quantité d ’oxygène (O2) nécessaire et éliminer de gaz carbonique (CO2) produit

2-Schéma général de la respiration

Circulation pulmonaire (Q) Fourniture d ’O2 Élimination de CO2 . Ventilation (VA) Echanges gazeux alvéolo-capillaires Diffusion . . VA/Q Circulation pulmonaire (Q) . Transport O2, CO2 Consommation d ’O2 Production de CO2

Rappel : les pressions partielles La pression totale exercée par les gaz d’un mélange gazeux est égale à la somme des pressions partielles P = P1 + P2 … Air atmosphérique Fraction ou concentration en O2 : F O2: 21% F CO2: 0.03% F N2: 79%  Patm = PN2 + PO2 + PCO2 = 760 mmHg

Rappel : les pressions partielles Dans l ’air atmosphérique : PB = 760 mmHg FiO2 = 21% = 0.21 = 210 mL d ’O2 par litre d ’air PO2 = 760 x 0.21 = 160 mmHg Dans les bronches : P vapeur d ’eau : 47 mmHg PO2(bronches) = (760 - 47 ) x 0.21 = 150 mmHg

Fourniture d ’O2 FiO2 = 0.21 PO2 = 160 mmHg FEO2 = 0.17 PO2 = 150 mmHg (vapeur d ’eau) PcO2 = 100 mmHg PAO2 = 100 mmHg - PvO2 = 40 mmHg PaO2 = 95 mmHg Consommation d ’O2 PO2 = 5 mmHg

Élimination de CO2 FiCO2  0 FECO2  0.04 PCO2  0.3 mmHg PcCO2 = 40 mmHg PACO2 = 40 mmHg - PvCO2 = 45 mmHg PaCO2=40 mmHg Production de CO2

3-Rappels d ’anatomie fonctionnelle

Rappels d ’anatomie fonctionnelle Cage thoracique: Squelette, muscles, tendons, ligaments, tissu adipeux Rôle dans la ventilation

Voies aériennes, parenchyme pulmonaire, plèvre

Voies aériennes supérieures 150 mL Voies aériennes inférieures 2.5 - 3 L

Acinus Bronchiole respiratoire Bronchiole canal alvéolaires sac alvéolaire artériole pulmonaire bronchiole terminale plèvre Bronchiole Acinus 6mm de  Veinule pulmonaire entre les lobules

ALVEOLES 300 millions d ’alvéoles 50 à 100m² de surface d’échange

Circulation pulmonaire circulation fonctionnelle à basse pression

Circulation pulmonaire zone d ’échanges

4- Autres Fonctions du Poumon Filtre des particules inhalées, des agents infectieux... filtre bronchique : tapis muco-ciliaire filtre alvéolaire : macrophages alvéolaires système immunologique du poumon

Paroi bronchique Tapis muco-ciliaire : battements des cils : 9 à 20x/sec 10 à 100mL de mucus/jour v = 5-7mm/min

Autres Fonctions du Poumon 2. Fonction endocrine et métabolique exemple : système rénine-angiotensine Clairance de nombreux facteurs (ANP, ET …) AgI Endothélium  enzyme de conversion  AgII

Autres Fonctions du Poumon 3. Equilibre acido-basique 4. Phonation

La ventilation 1- Définition 2- La mesure de la ventilation volumes mobilisables (CV...) débits et VEMS volumes non mobilisables (CRF, VR, CPT) 3- Les normes 4- l ’espace mort 5- les différences régionales de ventilation

1- La ventilation : définition But : renouveler l ’air alvéolaire Phénomène actif qui nécessite la contraction des muscles respiratoires dont le rôle est de mobiliser la cage thoracique La ventilation est finement régulée

inspiration expiration Repos : inspiration = phénomène actif expiration = phénomène passif

2- La mesure de la ventilation

Spirographe à cloche

Spirographe - pneumotachographe

. . Spirographie - volumes mobilisables - Respiration calme volume VE = VT x FR VE =ventilation minute, L/min . volume inspiration volume courant VT fréquence respiratoire FR VT expiration temps Cycle respiratoire

Respiration calme Respiration Normale Tachypnée Bradypnée Respiration périodique

Spirographie - Volumes mobilisables Respiration maximale « lente » VRI volume inspiration VT CV =VRE+VT+VRI expiration VRE temps

Coefficient de Tiffeneau = VEMS/CV Spirographie - Débits expiratoires- Expiration forcée 1 sec volume inspiration CV forcée (< CV lente) VEMS Coefficient de Tiffeneau = VEMS/CV expiration temps

La courbe débit-volume CV expiration inspiration VRI VT VRE (VR) volume

La courbe débit-volume Débit de pointe DEM75 DEMM25-75 débit DEM50 DEM25 expiration inspiration volume

La courbe débit-volume

Mesure du volume non mobilisable CV CPT CRF VR

Technique de dilution de l ’hélium (He) C1, V1 C2 CRF C1V1 = C2 (V1 + CRF)

Mesure pléthysmographique des volumes pulmonaires Mesure du Volume Gazeux Thoracique (gaz compressibles contenus dans le thorax) V  P P  V  P  Expiration contre une valve fermée Inspiration contre une valve fermée

Volumes pulmonaires VR CRF CPT VRE CV VT VRI

Spirographie : les variables mesurées VT : volume courant (tidal) (L) CV : capacité vitale (L) VRE : volume de réserve expiratoire (L) VRI : volume de réserve inspiratoire (L) VEMS : volume expiré maximal seconde (L) DEM : débit expiratoire maximal (L/sec) VR : volume résiduel (L) CRF : capacité résiduelle fonctionnelle (L) CPT : capacité pulmonaire totale (L)

Mesures ATPS / BTPS / STPD : les mesures doivent être converties ! ATPS : Ambiant Temperature and Pressure Saturated with water vapor BTPS : Body Temperature and Pressure Saturated with water vapor STPD : Standard Temperature and Pressure Dry

3-Normes : en fonction du sexe, de l ’âge, de la taille Homme, 50 ans, 1.83m : CV : 5.0 L VEMS : 3.9 L Tiffeneau : 78 % CPT : 7.5 L Femme, 30 ans, 1.54m : CV : 3.2 L VEMS : 2.8 L Tiffeneau : 83 % CPT : 4.4 L [Valeurs normales] : moyenne +/- 1.64 déviation standard résiduelle [5ème,95ème percentile]

Effet de l ’âge sur les volumes pulmonaires

4-Espace mort Anatomique : zone de conduction. Pas de surface d ’échange.  150 mL Physiologique = espace mort anatomique + zones pulmonaires ventilées mais dont la perfusion est inefficace Chez l ’adulte sain : espace mort physiologique très proche de l ’espace mort anatomique

Inspiration 150 ml 2200 ml 500 ml 2700 ml 2700 ml Espace mort Volume alvéolaire 2200 ml 500 ml 2700 ml 2700 ml

Expiration 2700 ml 500 ml 2200 ml

Espace mort Au cours d ’un cycle respiratoire : VT : volume courant VD : espace mort physiologique VA : volume alvéolaire ventilé VE : ventilation minute VT = VA + VD VE = VA + VD . . . .

Espace mort Le volume alvéolaire (« efficace ») est donc inférieur au volume courant Toute augmentation de VD par rapport à VT diminue VA et donc l’efficacité de la ventilation VT = VA + VD VE = VA + VD . . .

5- Différences régionales de ventilation