Explorations Fonctionnelles Respiratoires Pr A. T. Dinh-Xuan Service de Physiologie – Explorations Fonctionnelles Hôpital Cochin, Faculté de Médecine Paris Descartes

Introduction - Généralités

Les fonctions pulmonaires Les poumons assurent 3 fonctions : Fonctions métaboliques (transformation de substances inactives en substances actives et vice versa). Fonction de réservoir sanguin (du fait de sa vascularisation). Fonctions d’échanges gazeux (fonction respiratoire).

Les échanges gazeux 4 paramètres Substances échangées Partenaires d’échanges Lieu d’échange ?? Gaz (O2 et CO2) (obéissant à la loi de diffusion des gaz) Air (apportant de l’O2) et le sang (se débarrassant du CO2) Interface air-sang (barrière alvéolo-capillaire)

Voies de conduction aérienne Supérieures : Fosse nasale Nasopharynx Larynx Inférieures : Trachée Bronches principales Bronches segmentaires

Alvéole Bronchiole Artériole Veine post-capillaire Alvéole Paroi alvéolo-capillaire Bronchiole

CO2 O2 VT : volume courant VT = VD + VA VT x FR = VD x FR + VA x FR VD : volume de l’espace mort VE = VD + VA VT = 500 ml VD = 150 ml VA = 350 ml FR = 15 cycles/min VE = 7,5 l/min VA = 5,25 l/min VA : Volume alvéolaire Qpulm = Qcard = VES x FC VES = 70 ml FC = 70 /min Qpul = Qcard = 4,9 l/min VA/Qpulm ≈ 1

Effet shunt Effet espace mort Zones pulmonaires perfusées non ventilées Zones pulmonaires ventilées non perfusées

Volumes Pulmonaires et Débits Bronchiques

Volumes pulmonaires et débits bronchiques La spirométrie permet la mesure : des volumes pulmonaires qui reflètent schématiquement les propriétés du parenchyme pulmonaire et de la paroi thoracique. des débits bronchiques qui traduisent essentiellement la fonction des voies aériennes.

Spirométrie

Spirographie : volumes mesurés

Mesure de la CRF à l’Hélium Volume non mobilisable Utilisation d’un indicateur: Méthode de dilution Principe de conservation de la masse En pratique :mesure de la CRF à l’Hélium: VR = CRF – VRE Utilisation d’un spiromètre + analyseur d’Hélium

CRF à l’Hélium ETAT INITIAL: Le sujet respire à l’air SPIROMETRE SUJET ETAT INITIAL: Le sujet respire à l’air C1 = [He] spiro initiale V1= Vol spiro calculé He VOL He (connu)=C1.V1 ETAT FINAL: Le sujet a respiré dans le spiromètre jusqu’à l’équilibration C2= [He] spiro finale VOL He =C2.(V1 + CRF) VOL He = C1.V1= C2 (V1+CRF) d’où CRF et VR

Pléthysmographie corporelle On mesure des variations de volume en mesurant des variations de pression (à température constante) Loi de Boyle-Mariotte : PV=nRT

MESURE DU VEMS VEMS VEMS/CV

VEMS VEMS/CV = 0,75 Volume expiratoire (L) rapport de Tiffeneau CV Sujet sain VEMS Temps (s) 1 2 3

Obstruction bronchique Volume (L) rapport de Tiffeneau CV Sujet sain VEMS/CV = 75 % VEMS Asthmatique (état de base) VEMS/CV i VEMS Temps (s) 1 2 3

Loi de Poiseuille V = DP • pr4 8L • DP r L V • Pneumotachographe

Pneumotachographe de A. FLEISCH 1925

Courbe débit-volume normale • DEP V25 . Volume (V) VT CVF 25% VR* * Non mesurable par la courbe débit-volume

Débitmètre de pointe

Courbe débit-volume (BPCO) CVF Volume (V) Débit (V) • DEP DEP CVF

Courbe débit-volume (BPCO) (suite) CVF Volume (V) Débit (V) • VR DEP CVF VR

Loi de Poiseuille V = DP • [pr4 / 8L] DP V R = DP / V  R = 8L /pr4 Obstruction bronchique r i a R h  V i • a DP h

Outils pour diagnostiquer l’asthme

Diffusion gazeuse à travers la paroi alvéolo-capillaire

CO2 O2 VT = VD + VA VD : volume de l’espace mort VE = VD + VA VE = 7,5 l/min VA = 5,25 l/min VA : Volume alvéolaire Qpul = Qcard = VES x FC VES = 70 ml FC = 70 /min Qpul = Qcard = 4,9 l/min VA/Qpul ≈ 1

Tous les gaz passent à travers la paroi alvéolaire par diffusion passive. Le débit de transfert d'un gaz à travers une couche de tissu (Loi de Fick) est : proportionnel à la surface du tissu proportionnel à la différence de pression partielle du gaz de part et d’autre de la barrière alvéolo-capillaire proportionnel à la solubilité du gaz inversement proportionnel à l'épaisseur du tissu inversement proportionnel à son poids moléculaire

Diffusion R = DP DL,gaz = Vgaz D ≈ Sol DP . Vgaz = S x DP x D √ PM E . Vgaz = DL,gaz x DP DL,gaz = S x D E DL,gaz = Vgaz . DP R = DP . Vgaz DL,gaz est l’expression de l’inverse d’une résistance

La barrière alvéolo-capillaire Surfactant Épithélium alvéolaire Espace interstitiel Endothélium capillaire Plasma (du capillaire pulmonaire) Milieu intérieur du globule rouge Hémoglobine O2

Figure 29-3 Transport of O2 from alveolar air to hemoglobin Figure 29-3 Transport of O2 from alveolar air to hemoglobin. The 10 diffusion constants (D1-D10) govern 10 diffusive steps. Hb is hemoglobin and θ · VC describes how fast O2 binds to hemoglobin.

Résistance globale à la diffusion La diffusion de l'O2 de l'alvéole à l'hémoglobine peut être considéré en 2 étapes : Diffusion de l'O2 à travers la barrière alvéolo-capillaire caractérisée par le facteur membranaire (DM) Combinaison de l'O2 avec l‘Hb, caractérisée par la vitesse de liaison de l’O2 à l’Hb (θ) multiplié par le volume capillaire pulmonaire (Vc) La résistance globale à la diffusion est égale à la somme des deux résistances correspondantes.