PHYSIOLOGIE de la RESPIRATION Dr Biet Ecole d’orthophonie - 23/02/2010

INTRODUCTION Fonction respiratoire > assurer les échanges gazeux entre l’air atmosphérique et les cellules de l’organisme. Air ambiant « pompé » jusqu’aux alvéoles. Echanges gazeux à travers la membrane alvéolo-capillaire. Transport par voie sanguine jusqu’aux tissus cellulaires.

SYSTEME RESPIRATOIRE Les poumons Le thorax (paroi osseuse et musculaire) La plèvre : « Séreuse » formée de deux feuillets pariétal et viscéral , accolés. Grâce à elle, le poumon « suit » les mouvement du thorax. Espace virtuel où la pression est sub-atmosphérique.

Paroi thoracique : 7 paires de vraies côtes, 3 paires de fausses côtes et 2 paires de côtes flottantes

Insertions costo-vertébrales

Les voies aériennes supérieures: Nez, bouche, pharynx, larynx. Rôle essentiel pour l’épuration de l’air et les échanges thermiques. NEZ: air réchauffé à 37° et saturé en vapeur d’eau, grâce aux replis et reliefs de la muqueuse. Résistance à circulation de l’air. BOUCHE: moins de résistance (effort) PHARYNX: contraction des muscles à l’inspiration pour éviter collapsus. LARYNX: valve de sécurité pour éviter fausses routes. Zone de rétrécissement et de résistance au passage de l’air.

Arbre bronchique Trachée (12cm long, 2cm diamètre) Divisions bronchiques: Zone de convection ( jusque 15è division) Zone de transition (16è à 20è division), partiellement alvéolisée Zone respiratoire(après 21è division): canaux alvéolaires , sacs et alvéoles = zone des échanges gazeux

Zone de résistance maxi à écoulement de l’air = grosses bronches Dans zone de convection, il existe un volume gazeux important qui ne participe pas aux échanges gazeux = ESPACE MORT

MEMBRANE ALVEOLO CAPILLAIRE 0.3 à 0.5 microns 4 éléments: Film liquidien avec agent tensio actif (surfactant) Épithélium alvéolaire (pneumocytes) Interstitium (couche conjonctive) Endothélium capillaire Surface d’échange=100m2

CIRCULATION PULMONAIRE Du ventricule droit à oreillette gauche. Artères pulmonaires> artérioles extra alvéolaires> artérioles inter alvéolaires >capillaires> petites veines> veines pulmonaires.

MECANIQUE VENTILATOIRE Au repos (apnée), voies aériennes sont ouvertes . Pression dans alvéoles = pression barométrique. A l’inspiration: augmentation du volume pulmonaire. Loi de Boyle Mariotte: pression x volume= constante. Donc, baisse de pression dans alvéoles. D’où, pénétration de l’air dans les voies aériennes, jusqu’à équilibration des pressions.

A l’expiration, diminution du volume alvéolaire donc augmentation des pressions intra alvéolaires > le mélange gazeux pulmonaire est chassé de l’alvéole vers l’extérieur

MUSCLES DE LA RESPIRATION Diaphragme Mince muscle séparant thorax et abdomen Inséré de 7 ème à 12ème côtes sur pourtour de cage thoracique. Muscle inspiratoire principal.

Contraction du diaphragme provoque: Augmentation de la hauteur de la cage thoracique Refoulement actif des côtes vers le haut et le dehors Augmentation de la pression abdominale et déplacement des côtes les plus basses vers le dehors

Autres muscles respiratoires Muscles Intercostaux. Externes : soulèvent côte sous jacente, lors de l’inspiration Internes: abaissent côte sus jacente lors de l’expiration Scalènes. Insérés sur vertèbres cervicales et 2 premières côtes. Fixent et soulèvent cage thoracique en inspiration.

Muscles sterno cleido mastoïdiens Muscles respiratoires accessoires. Soulèvent la partie sup du thorax. Activés en cas de détresse respiratoire ou exercice maximal Muscles expiratoires. Expiration = phénomène passif (élasticité du syst respi qui revient passivement sur lui même quand il n’est plus étiré) Muscles abdominaux( grands droits , obliques int et ext) participent à expiration forcée: Augmentation de pression abdominale refoule le diaphragme

Propriétés statiques de l’appareil respiratoire Elasticité du système respiratoire. ELASTANCE : rapport pression sur volume. COMPLIANCE : 1/ élastance= volume / pression Au niveau pulmonaire, au début de l’inspiration variation de volume suit variation de pression, puis les variations de pression vont être de +en + importantes pour entrainer de petits changements de volume. Traduit pression de rétraction élastique du poumon.

Au niveau de la paroi thoracique, à haut volume pulmonaire, la paroi exerce elle aussi une pression de rétraction élastique. Mais en dessous de 60% de la capacité pulmonaire, la paroi est relaxée, et va même avoir tendance à se gonfler; c’est la pression de distension élastique

Capacité vitale Pression thorax poumon 100% Système respiratoire Pression de rétraction élastique Pression de distension élastique Niveau ventilatoire de repos -20 20 40 (cmH2O)

Origine de l’élasticité pulmonaire Tissu pulmonaire: matrice extra cellulaire riche en élastine 1ere couche de mbr alvéolocapillaire = interface gaz-liquide>> déséquilibre des forces d’attraction moléculaire. Tendance à la rétraction du liquide vers le gaz (tension superficielle)

Le surfactant Lipo proteine produite par pneumocytes type II Produit tensio actif, avec une extrémité hydrophile et une extrémité hydrophobe, qui diminue la tension superficielle. Grâce à lui: diminution du travail des muscles inspiratoires, stabilisation des alvéoles, sécheresse des alvéoles Indispensable à la vie (cf prématurés)

VOLUMES PULMONAIRES NVR: niveau ventilatoire de repos VT: volume courant VRI: vol de réserve inspiratoire VRE: vol de réserve expiratoire VR: vol résiduel CV: capacité vitale CRF: capacité résiduelle fonctionnelle CPT: capacité pulmonaire totale NVR

Mesure des volumes lors des épreuves fonctionnelles respiratoires Intérêt clinique: recherche d’une augmentation (emphysème) ou d’une diminution de volume (fibrose)

Propriétés dynamiques de l’appareil respiratoire Résistance du système à l’écoulement de l’air. Dues à 80% aux voies aériennes Zones d’écoulement laminaire et zones d’écoulement turbulent +++ dans les premières générations bronchiques Débit respiratoire et résistance à l’écoulement sont liés.

SPIROMETRIE Etude des résistances du système respiratoire. Recherche d’une obstruction bronchique (asthme, BPCO) VEMS: volume expiré maximal par seconde VEMS 1 sec

ECHANGES RESPIRATOIRES Echangeur pulmonaire = rencontre de 2 circulations: alvéolaire et capillaire pulmonaire Ventilation pulmonaire: Espace mort = zone de conduction + espace mort alvéolaire (alvéoles ventilées mais nonperfusées) = 0.150 litre

Répartition inhomogène de la ventilation alvéolaire: en raison d’un gradient de pression pleurale liée à la gravité, la quantité d’air circulant dans les alvéoles inférieures est plus grande que celle des alvéoles supérieures

Circulation pulmonaire: débit de circulation pulmonaire = débit cardiaque = 5litres /minute Distribution inhomogène: perfusion pulmonaire meilleure dans la partie inférieure des poumons

DIFFUSION ALVEOLOCAPILLAIRE Quantité d’oxygène qui traverse la membrane alvéolo-capillaire dépend de la surface d’échange, de son épaisseur et de la différence entre pression alvéolaire et pression capillaire en oxygène. Après traversée, fixation de l’O2 à l’hémoglobine des globules rouges. Transport sous forme combinée

CONTRÔLE de la RESPIRATION Cycle respiratoire basé sur une autorythmicité avec boucles de régulation. Centres respiratoires: Dans le tronc cérébral (région bulbo- protubérentielle et partie sup du pont)

Centres respiratoires bulbaires Groupe respiratoire dorsal afférences des IX et X emes paires craniennes Efférences vers le noyau ventral et le diaphragme Neurones générateurs d’inspiration alpha et beta

Centres respiratoires bulbaires Groupe respiratoire ventral Neurones inspiratoires avec efférences vers muscles intercostaux, scalenes Neurones expiratoires avec efferences vers les muscles abdominaux. Reçoit des infos du groupe dorsal Fonctionnement ? inhibition périodique des neurones inspiratoires

Centre respiratoire pneumotaxique Commande l’arret de l’inspiration en fonction des différents stimuli reçus (chimiques ou mécaniques) Transmet aussi des signaux de l’hypothalamus aux centres bulbaires >> modification de la respiration lors des émotions, des changements de température…

Contrôle central de la respiration LE CORTEX Respiration=acte involontaire mais qui peut être volontairement controlé par le cortex. Action directe sur le diaphragme, les intercostaux, les abdominaux.

Contrôle central de la respiration Chemorécepteurs centraux Situés a face anterolatérale du bulbe Baignés par du LCR (composition proche du plasma). Sensible au taux de CO2. Augmentation de la ventilation si augmentation du taux de CO2, dans un délai de 30 secondes

Contrôle respiratoire périphérique Chémorécepteurs périphériques. - chemorecepteurs carotidiens (niveau bifurcation). Nodules rosés 15mg. Détectent hypoxie. Efferences nerveuses passent par la IXème paire cranienne. - Chemorecepteurs aortiques (niveau crosse). Efferences nerveuses via le nerf vague .

Chemorecepteiurs periphériques sont sensibles aux variations de P O2. Le CO2 les stimule également (participation de 40%)

Contrôle respiratoire périphérique Afférences vagales bronchoparenchymateuses. - Mécanorécepteurs. Situés le long de arbre bronchique. Reliés au nerf vague. Sensible à étirement donc à inflation pulmonaire. Si distension pulmonaire maintenue, reflexe d’apnée.

Récepteurs d’irritation Fibres myelinisées provenant de épithelium nasal, de arbre bronchique. Activés par variations importantes de pression intrapulmonaire, par le CO2, par inhalation de gaz irritant> Rôle bronchomoteur Récepteurs J Situés dans interstitium pulmonaire. Activés en cas d’œdème interstitiel. Provoquent tachypnée.

Recepteurs musculaires. Situés dans muscles respiratoires. Rôle important dans la sensation de dyspnée, par info envoyée au cortex. Niveau bulbaire, participent au contrôle de l’arrêt de inspiration Métaborécepteurs dans les muscles périphériques qui envoient info sur le métabolisme cellulaire en cas d’effort