Upload
others
View
36
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
1
Physiologie respiratoire
Pauline Neveu, PhD
cours physiologie générale
2
Plan «Physiologie respiratoire»
1-Anatomie du système respiratoire
2-La ventilation
3-Volumes respiratoires
4-Echanges gazeux
5-Transport O2 et CO2
6-Régulation de la respiration
7-Effets du tabac sur la respiration
8-Développement embryonnaire des poumons
3
1-Anatomie du système respiratoire
Le système respiratoire comprend:
-le nez
-le pharynx
-le larynx
-la trachée
-les bronches
-les poumons
conduction
respiration
supérieure
inférieure
4
1-Anatomie du système respiratoire1.1-Le nez
charpente osseuse et cartilagineuse (+peau, muscles et muqueuse)
5
1-Anatomie du système respiratoire1.1-Le nez
Deux cavités nasales:
-séparées par un septum nasal
-s’ouvrent sur l’extérieur par les narines
-s’ouvrent sur le pharynx par les choanes
6
1-Anatomie du système respiratoire1.1-Le nezLes cavités nasales sont divisées par les cornets nasaux
7
1-Anatomie du système respiratoire1.1-Le nez
Dans les cavités nasales débouchent:
-conduits lacrymonasaux
-conduits des sinus paranasaux
8
1-Anatomie du système respiratoire1.1-Le nez
Dans les cavités nasales se trouve la muqueuse olfactive
9
1-Anatomie du système respiratoire1.1-Le nez
Fonctions:
-olfactive
-vocale
-aérienne:
-filtre (poils, mucus, cils)
-réchauffe (capillaires)
-humidifie (mucus)
10
1-Anatomie du système respiratoire1.2-Le pharynx
Tube:
-13cm (choanes/cricoïde)
-trois parties:-nasopharynx
-oropharynx
-laryngopharynx
-paroi musculeuse tapissée d’une muqueuse
-reçoit les trompes d’Eustache
-contient les tonsilles
-fonctions:-aérienne
-digestive
-vocale
-immunitaire
11
1-Anatomie du système respiratoire1.3-Le larynx
Situé entre:
-le laryngopharynx
-la trachée
12
1-Anatomie1.3-Le larynx
Constitué:
-muscles
-9 cartilages:
-thyroïde (pomme Adam)
-épiglotte (couvercle)
-cricoïde (anneau)
-aryténoïdes (cordes vocales)
-corniculés (soutien épiglotte)
-cunéiformes (soutien)
13
1-Anatomie du système respiratoire1.3-Le larynxPhonation
14
1-Anatomie du système respiratoire1.4-La trachée
Conduit tubulaire:
-12cm long (du larynx
aux bronches)
-2,5cm diamètre
-ventrale à l’œsophage
-paroi:
-muqueuse (épithélium avec cellules ciliées & caliciformes (escalator muco-ciliaire) + conjonctif : chorion)
-sous muqueuse glandulaire
-cartilage (16/20 anneaux en C)
-adventice
15
1-Anatomie du système respiratoire1.5-Les bronches
La trachée se divise:
-bronche principale droite (verticale, courte, large)
-bronche principale gauche
D’autres divisions:
-bronches principales
-bronches lobaires (3 à droite; 2 à gauche)
-bronches segmentaires
-bronchioles
-bronchioles terminales (1/lobule)
arbre bronchique
cartilage remplacé par des myocytes
disparition cellules caliciformes et ciliées
→remarque : carina
16
1-Anatomie du système respiratoire1.5-Les bronches
17
1-Anatomie1.6-Les poumons
osseuse :
-sternum
-rachis
-côtes
musculaire :
-diaphragme
-intercostaux
Cage thoracique:
18
1-Anatomie1.6-Les poumonsconiques:-apex (clavicules)
-base (diaphragme)
-face costale (côtes)
-face médiale/médiastinale (cœur)
plèvre (enveloppe):-feuillet pariétal
-feuillet viscéral←cavité pleurale:
pneumothorax, hémothorax, hydrothorax
pleurite/pleurésie (inflammation+/-épanchement)
-virtuelle-sérosité/liquide pleural
-récessus
collapsus pulmonaire, atélectasie alvéolaire
19
1-Anatomie1.6-Les poumonsDivisés en lobes par des scissures:
-poumon gauche (scissure
oblique):-lobe supérieur
-lobe inférieur
-poumon droit (scissures
oblique et horizontale):-lobe supérieur
-lobe moyen
-lobe inférieur
-incisure cardiaque (gauche; volume gauche<droit de 10%)
20
1-Anatomie du système respiratoire1.6-Les poumons
Face médiale: hile
-nerfs
-vaisseaux sanguins
-vaisseaux lymphatiques
-bronches:
-1 bronche lobaire par lobe
-10 bronches segmentaires par poumon 10 segments bronchopulmonaires
21
1-Anatomie du système respiratoire1.6-Les poumons
Segments bronchopulmonaires:
constitués de lobules(bronchioles terminales)
22
1-Anatomie1.6-Les poumons
sac alvéolaires
alvéoles
Dernières subdivisions (bronchioles terminales/bronchioles respiratoires/conduits alvéolaires):
23
1-Anatomie du système respiratoire1.6-Les poumons
Les alvéoles:
-300 millions (70m²)
-sphériques
-paroi:
-épithélium simple:
-pneumocytes I (échanges respiratoires)
-pneumocytes II (production surfactant)
-basale
-macrophagocytes (cellules à poussières)
-réseau capillaires sanguins
lieu des échanges respiratoires:membrane alvéolocapillaire
24
1-Anatomie du système respiratoire1.6-Les poumons
25
1-Anatomie1.6-Les poumons
Vascularisation:
-veines pulmonaires
-artères bronchiques issues de l’aorte (oxygéné)
-veines bronchiques
-artères pulmonaires droite et gauche (désoxygéné)
→circulationpulmonaire (petite):
→circulationsystémique (grande):
26
1-Anatomie1.6-Les poumons
Innervation arbre bronchique:
-afférences (X)
-efférences:
-parasympathiques (X) (Ach/bronchoconstriction)
-orthosympathiques (NA,A/bronchodilatation)
27
2-La ventilation2.1-Etapes de la respiration
Respiration:
-ventilation pulmonaire (mouvements d’air):
-inspiration
-expiration
-respiration externe ou pulmonaire (échanges alvéolo-capillaires)
-respiration interne ou tissulaire (échanges capillaires/tissus)
variations de pressions
tension superficielle
compliance pulmonaire
résistance pulmonaire
-respiration cellulaire (réactions métaboliques)
28
2-La ventilation2.2-Variations de pression
Loi Boyle-Mariotte:
la pression d'un gaz dans un récipient fermé est inversement proportionnelle au volume du contenant
volume pression
volume pression
29
2-La ventilation2.2-Variations de pression
L’air:
-entre dans les poumons:
pression poumons < pression atmosphérique
-sort des poumons:
pression poumons > pression atmosphérique
changements de volume des poumons
30
2-La ventilation2.2-Variations de pression
Pression atmosphérique:
760mm Hg = 1atm = 101325Pa = 1.01325Bar
Pression intraalvéolaire ou intrapulmonaire:
760mm Hg avant inspiration
pendant l’inspiration
pendant l’expiration
31
2-La ventilation2.2-Variations de pression
Inspiration:
-contraction muscles de l'inspiration
-volume cage thoracique
-volume poumons
-pression intraalvéolaire
-pression alvéoles pulmonaires < pression atmosphérique
-entrée d’air dans les poumons
pression de 1 à 3mm Hg: entrée de 500ml d’air
pression de 100mm Hg: entrée de 2/3l d’air
processus actif
32
2-La ventilation2.2-Variations de pression
muscles de l'inspiration:-diaphragme
-intercostaux externes
-sterno-cleido-mastoïdien
-scalènes
-petits pectoraux
33
2-La ventilation2.2-Variations de pression
Expiration:
-relâchement muscles de l'inspiration
-volume cage thoracique
-volume poumons
-pression intraalvéolaire
-pression alvéoles pulmonaires > pression atmosphérique
-sortie d’air des poumons
processus passif
34
2-La ventilation2.2-Variations de pression
muscles de l'expiration:
-intercostaux internes
-abdominaux
35
2-La ventilation2.3-Tension superficielle
-les molécules d’eau sont polaires
-des liaisons hydrogène s’établissent
-interface liquide/gaz: peau de l’eau
gerris
36
2-La ventilation2.3-Tension superficielle
Pellicule liquidienne de la surface des alvéoles:
-tension superficielle
-plus petit diamètre possible
Surfactant (phospholipides, lipoprotéines):
-distensibilité
-stabilité alvéolaire(petites alvéoles ne se vident pas dans les grandes)
-maintient alvéoles sèches
syndrome de détresse respiratoire du nouveau-néex : maladie des membranes hyalines (manque de surfactant)
tension superficielle
37
2-La ventilation2.4-Compliance
Compliance: capacité d’une structure d'être étirée (extensibilité)
-grande compliance: étirement facile
-faible compliance: étirement difficile
Compliance pulmonaire:
-tension superficielle
-élasticité liée à la présence de tissu élastique interstitiel (‘tricotage’ des fibres de collagène et d’élastine)
38
2-La ventilation2.5-Résistance des conduits
Écoulement = P/R (P=pression ; R=résistance)
-P: écoulement
-R: écoulement
La résistance varie:
-mécaniquement: élargissement des bronchioles à l’inspiration
-nerveusement: bronchodilatation (ortho) bronchoconstriction (para)
-affections (→mucus)
-P: écoulement
-R: écoulement
La résistance dépend du diamètre : R quand diamètre
R quand diamètre
39
2-La ventilation2.6-Mouvements respiratoires
-émotions
-nettoyages
-vocalisations
Eupnée: respiration normale
-respiration diaphragmatique/abdominale/profonde
-respiration costale/poitrine/superficielle
Dyspnée: respiration anormale
Autres mouvements d’air:
40
3-Volumes et capacités respiratoires
Volumes d’air:
mesurés avec un spiromètrespirogramme
-inspiration
-expiration
41
3-Volumes respiratoires
-volume courant ou tidal, VT-volume air déplacé au repos
-500ml
-volume de réserve inspiratoire, VRI-plus grand volume d'air que l'on puisse inspirer au delà d'une inspiration normale
-3.1l
-volume de réserve expiratoire, VRE-plus grand volume d'air que l'on puisse expirer au delà d'une expiration normale
-1.2l
-volume résiduel, VR-air restant après une expiration maximale
-1.2l
42
3-Volumes respiratoires
-capacité pulmonaire totale, CPT
-VR + VRE + VT + VRI
-volume pulmonaire en inspiration maximale
-capacité vitale, CV
-VRE + VT + VRI
-plus grand volume d'air mobilisable
-capacité résiduelle fonctionnelle, CRF
-VR + VRE
-volume d’air dans lequel se mélange le volume courant à chaque nouvelle inspiration-volume d’air contenu dans les poumons en fin d'expiration normale = volume de relaxation thoraco-pulmonaire
43
3-Volumes respiratoires
44
3-Volumes respiratoires
Fréquence respiratoire au repos: FR=12cycles/min
Débit ventilatoire au repos, V: V=VT*FR=6l/min:
seuls 70%VT sert à la respiration externe (70%VT=350ml)
30% restants: espace mort (30%VT=150ml) (tuba)
Débit ventilation alvéolaire, VA: VA=70%VT*FR=4.2l/min
Volume expiratoire maximum-seconde, VEMS:
volume d'air expulsé des poumons en une seconde, avec un effort maximal, après une inspiration maximale
75% de la CV (rapport de Tiffeneau: VEMS/CV75%)
Débit expiratoire de pointe / peak flow
45
3-Volumes respiratoires
Examen clinique:
-observation des mouvements respiratoires (eupnée/dyspnée)
-percussion du thorax (sonorité)
-auscultation stéthoscope (murmure vésiculaire)
-épreuves fonctionnelles (spirométrie)
-imagerie médicale
-interrogatoire
46
3-Volumes respiratoires
Troubles ventilatoires:
-restrictifs: diminution des volumes pulmonaires, CPT
-pneumonectomies
-destructions pulmonaires infectieuses et cancéreuses
-pneumothorax
-obstructifs: diminution du calibre des voies aériennes, VEMS
-asthme
-bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO)
(→risque emphysème)
47
4-Echanges gazeux4.1-Lois des gaz
Échanges gaz air/sang passifs:
-loi de Dalton
-loi de Henry
48
4-Echanges gazeux4.1-Lois des gaz
Loi de Dalton:-dans un mélange de gaz, chaque gaz exerce sa propre pression comme si les autres gaz n'étaient pas présents
-la pression d'un gaz donné d'un mélange est appelée pression partielle de ce gaz
-la pression totale d’un mélange se trouve en additionnant toutes les pressions partielles
Ex: air atmosphérique78.6%N2; 20.9%O2; 0.4%H2O; 0.04%CO2; 0.06%autres
Px=%gaz*Pmélange (atmosphère=760mmHg)
Patm=PN2+PO2+ PH2O+ PCO2+Pautres
Patm=597.4+158.8+3+0.3+0.5=760mmHg
49
4-Echanges gazeux4.1-Lois des gaz
Gaz diffuse selon son gradient de pression:
-pression partielle élevée pression partielle faible
-avec une vitesse d’autant plus grande que le gradient de pression est élevé
50
4-Echanges gazeux4.1-Lois des gaz
air intraalvéolaireair inhalé air exhalé
13.6% O25.2%CO2
20.9% O20.04% CO2
16% O24.5% CO2
mélanges
51
4-Echanges gazeux4.1-Lois des gazLoi de Henry:
la quantité d'un gaz qui se dissout dans un liquide est proportionnelle :
-à sa pression partielle
-à son coefficient de solubilité
ex: le coefficient solubilité CO2 est 24 fois > à celui de l’O2
Ex: plongéeaccidents biochimiques (ex:métabolisation N2→narcose ou ivresse des profondeurs)
La pression du gaz dissous s’appelle également tension
Quand il y a équilibre entre les molécules de gaz qui entrent dans le liquide et celles qui sortent: le liquide est à saturation
accidents biophysiques
Ex: oxygénothérapie hyperbareEx: montagne
52
4-Echanges gazeux4.2-Respirations externe et interne
Échanges gazeux alvéolocapillaires (respiration externe):
-diffusion O2: air (105mmHg)sang (40mmHg)
-diffusion CO2: sang (45mmHg) air (40mmHg)
diffusion indépendante des gaz
Échanges gazeux capillaires/tissus (respiration interne):
-diffusion O2: sang (100mmHg) tissus (40mmHg)
-diffusion CO2: tissus (45mmHg) sang (40mmHg)
diffusion indépendante des gaz
53
4-Echanges gazeux4.2-Respirations externe et interne
54
4-Echanges gazeux4.2-Respirations externe et interne
La vitesse des échanges gazeux dépend (diffusion Fick):
-des différences de pression partielle (Pp) des gaz
→vitesse quand Pp : ex : exercice
→vitesse quand Pp : ex : altitude
-surface d’échange (en cas d'emphysème)
-distance de diffusion (en cas d’œdème)
-nature du gaz (mouvements CO2>O2)
D.S.∆PV=
e
vitesse de diffusion d’un gaz à travers une paroi
coefficient de diffusion
surface de la paroi
épaisseur de la paroi
différence de pp de part & d’autre de la paroi
55
5-Transport O2 et CO25.1-Transport O2O2 sang oxygéné (20ml O2 / 100ml sang):
-dissous dans le plasma (1.5%: 0.3ml O2 / 100ml sang)
-lié à l’hémoglobine des érythrocytes (98.5%: 19.7ml O2 / 100ml sang)
une molécule d’hémoglobine (Hb) peut lier 4 molécules d’O2
Hb (Hb réduite ou désoxyhémoglobine) + O2 HbO2 (oxyhémoglobine)
Hb+4O2:Hb saturée à 100%Hb+2O2:Hb saturée à 50%
56
5-Transport O2 et CO25.1-Transport O2
L'Hb stocke du O2 et peut le céder plus ou moins facilement au plasma
→l'affinité de l'Hb pour l'O2 dépend :
-PO2
-PCO2
-pH
-température
-2,3DPG
57Courbe de dissociation de l’oxyhémoglobine
5-Transport O2 et CO25.1-Transport O2La PO2 sanguine détermine la liaison Hb/O2:
-PO2: entre 60 et 100mm Hg saturation Hb >90%
-PO2: 40mm Hg saturation Hb 75%
-PO2: 20mm Hg saturation Hb 35%
air alvéolaire(105mmHg)
sang désoxygéné(40mmHg)
sang oxygéné(100mmHg)
tissus(40mmHg)
→plus la PO2 sanguine est grande, plus l'affinité de l'Hb pour l'O2 est grande
58
5-Transport O2 et CO25.1-Transport O2
Cellule active:
-consomme O2
-produit:
-CO2
-acides
-chaleur
doivent être éliminés
agissent sur affinité Hb/O2
PO2 agit sur affinité Hb/O2
59
5-Transport O2 et CO25.1-Transport O2
La PCO2 sanguine module la liaison Hb/O2:
vaisseaux systémiques:
-affinité Hb/O2
-libération O2 par l’Hb
vaisseaux pulmonaires:
- affinité Hb/O2
-capture O2 par l’Hb
-PCO2
-PCO2
effet Bohr
60
5-Transport O2 et CO25.1-Transport O2
Le pH sanguin module la liaison Hb/O2:
CO2: H+: pH: affinité Hb/O2
CO2: H+: pH: affinité Hb/O2
CO2 + H2O H2CO3 (acide carbonique)
anhydrase carbonique (AC)des érythrocytes
H+ + HCO3-(ion bicarbonate)H2CO3
effet Bohr
61
5-Transport O2 et CO25.1-Transport O2
La température module la liaison Hb/O2:
température: affinité Hb/O2
température: affinité Hb/O2
62
5-Transport O2 et CO25.1-Transport O2
Le 2,3-DPG (diphosphoglycérate) module la liaison Hb/O2:
se forme dans les érythrocytes lors de la glycolyse (dégradation glucose ATP)
2,3-DPG: affinité Hb/O2
La formation de 2,3-DPG est stimulée par:
-thyroxine
-hormone de croissance
-adrénaline, noradrénaline
-testostérone
Affinité pour O2 Hb fœtale > Hb adulte
→l’Hb fœtale lie moins le 2,3-DPG (globines différentes)
63
5-Transport O2 et CO25.1-Transport O2
Oxycarbonisme:
-intoxication par le monoxyde de carbone (CO)
-affinité de l’Hb pour le CO 200fois > O2
-capacité sang à transporter O2
-lèvres et muqueuse buccale écarlates
-traitement: O2 pur hyperbare
64
5-Transport O2 et CO25.2-Transport CO2CO2 sang désoxygéné (53ml CO2 / 100ml sang):
-dissous dans le plasma (7%: 3.7ml CO2 / 100ml sang)
-lié aux protéines sanguines (dont Hb): composés carbaminés (23%: 12.2ml CO2 / 100ml sang)
-ions bicarbonates (70%: 37.1ml CO2 / 100ml sang)
Hb + CO2 HbCO2 (carbhémoglobine ou carbaminohémoglobine)
CO2 + H2O H2CO3 (acide carbonique)
anhydrase carboniquedes érythrocytes
H+ + HCO3-(ion bicarbonate)H2CO3
Hb bon tampon d’ions H+: favorise conversion CO2 HCO3-
l'affinité désoxyHb pour CO2 > affinité oxyHb pour CO2
quand HbO2, transport CO2 par le sang (effet Haldane)
échange d'ions bicarbonates avec Cl- qui débarrasse les cellules du CO2 (effet Hamburger)
65
5-Transport O2 et CO2
66
6-Régulation de la respiration6.1-Centre respiratoire
Centre respiratoire (TC):
-centre bulbaire:
-aire inspiratoire (active: 2s; silencieuse: 3s)
-aire expiratoire (active en respiration forcée)
-centre pneumotaxique pontique:inhibe l’aire inspiratoire
-centre apneustique:active l’aire inspiratoire
rythmicité
67
6-Régulation de la respiration6.2-Régulation du centre respiratoire
Le centre respiratoire est modulé par le système nerveux :
-cortex cérébral modulation volontaire
-système 'limbique'modulation émotionnelle
-hypothalamus modulation comportementale
modulation collatérales des neuronesmoteurs de l’AMI (aire motrice primaire)
-somesthésie modulation propriocepteurs
68
6-Régulation de la respiration6.2-Régulation du centre respiratoireLe centre respiratoire est modulé par les chimiorécepteurs:
centraux périphériques
-bulbe rachidien -aorte (X) et carotides (IX)
-PCO2; H+ -PCO2; H+; PO2
-LCR -sang
6-Régulation de la respiration6.2-Régulation du centre respiratoire
PCO2 sang artériel+LCR: 40mm HgPCO2: hypercapnie + H+
PCO2: hypocapnie + H+hypercapnie
69
variable mesurée:PCO2
capteur:chimiorécepteurs
comparateur:centre respiratoire
effecteur:muscles respiratoires
point de consigne:PCO2 40mmHg
chimiorécepteurs (centraux et périphériques)
centre respiratoire
fréquence et amplitude respiratoire + bronchodilatation sympathique
70
6-Régulation de la respiration6.2-Régulation du centre respiratoire
PO2 sang artériel: 100mm Hg
60-100mm Hg: pas de variation respiratoire
50-60mm Hg: hyperventilation réflexe + bronchodilatation
<50mm Hg: réponse inadéquate
chimiorécepteurs périphériques
70
variable mesurée:PO2
capteur:chimiorécepteurs
périphériquescomparateur:
centre respiratoireeffecteur:
muscles respiratoires
point de consigne:PO2 60-100mmHg
71
6-Régulation de la respiration6.2-Régulation du centre respiratoirePlusieurs types d’hypoxie (apports O2) existent:-hypoxique:
-altitude; obstruction voies respiratoires; liquide dans les poumons-PO2 sang artériel-comme PO2: réponse des chimiorécepteurs et ventilation
-des anémies:-anémie ; hémorragie; 'intoxication au CO'-pas assez d’Hb ou d’Hb fonctionnelles (cas intoxication au CO)
-pas de PO2: pas de réponse des chimiorécepteurs et pas ventilation
-ischémique:-circulation réduite dans un tissu qui manque d’O2-pas de PO2: pas de réponse des chimiorécepteurs et pas ventilation
-histotoxique:-intoxication (ex : cyanure)
-impossibilité pour un tissu d’utiliser de l’O2-pas de PO2: pas de réponse des chimiorécepteurs et pas ventilation(sauf que, dans le cas du cyanure, celui-ci active directement les chimiorécepteurs...)
72
6-Régulation de la respiration6.2-Régulation du centre respiratoire
Le centre respiratoire est modulé par la distension pulmonaire:
→récepteurs à l’étirement: barorécepteurs bronchiques (X)
→réflexe de distension pulmonaire ou de Hering-Breuer
→protection
73
6-Régulation de la respiration6.2-Régulation du centre respiratoire
Le centre respiratoire est modulé par la température:
-température: fréquence respiratoire
-température: fréquence respiratoire
Le centre respiratoire est modulé par la douleur:
-vive: apnée
-prolongée: fréquence respiratoire
Le centre respiratoire est modulé par l’irritation:
-arrêt + toux/éternuements
74
7-Effets du tabac sur la respiration
-nicotine:-constriction bronchioles
-écoulement air
-monoxyde de carbone:-liaison à l’Hb
-capacité Hb à transporter O2
-irritants
-secrétion mucus
-œdème muqueuse
-inhibition mouvement ciliaires/destruction cils
-écoulement air
-à la longue: destruction fibres élastiques, emphysème…