La mécanique ventilatoire

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

2 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)

3 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

4 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

5 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

6 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

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

8 3- Le cycle respiratoire évolution des pressions et des volumes

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

10 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

11 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

12 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

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

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

15 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

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

17 4- Les Résistances

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

19 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

20 4-1-a Les résistances statiques : La compliance
e = L / F ressort C = V /P système tridimensionnel

21 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

22 Compliance pulmonaire
Volume pulmonaire emphysème normal fibrose Pression cmH2O

23 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.

24 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

25 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

26 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)

27 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

28 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

29 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

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

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

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

33 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

34

35 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

36 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

37 Structure de la trachée

38 Structure des bronches

39 Les bronches sont enchâssées dans le tissu pulmonaire

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

41 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

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

43 Récepteur M3 : bronchoconstriction
M2 : limite la relaxation adrénergique

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

45 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

46 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

47 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)

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

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

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

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

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

53 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)