(Microsoft PowerPoint - Physiologie de la ventilation - Cours EIADE ...

Dr Anne Wernet Praticien Hospitalier SAR Beaujon Octobre 2009

1er cours Anatomie et physiologie 2ème cours Régulation Application à l’anesthésie

Généralités Ventilation / respiration Respiration = consommation d’O2 et production de CO2 par la cellule C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + énergie La ventilation est assurée par les poumons Antoine Lavoisier : composition de l’air

Composition de l’air Air inspiré

Air expiré

Oxygène

21 %

16 %

Azote

78 %

78 %

Dioxyde de carbone

0,03 %

4,05 %

Généralités

Buts de la respiration Apporter O2 à la cellule Eliminer le CO2 produit par la cellule Réguler le pH

Vital (réserve pulmonaire 02 : 2 min) Automatique

→ Comment apporter O2 et éliminer CO2 cellulaires ?

Anatomie Arbre respiratoire Cage thoracique Muscles Vascularisation Nerfs Tronc cérébral

Anatomie

Anatomie

Arbre respiratoire

Voies aériennes supérieures Réchauffement de l’air inspiré Humidification de l’air inspiré (sinus) Epuration des particules et agents pathogènes

(paroi nasales, poils, mucus) Filtre humidificateur et antibactérien

Anatomie

Arbre respiratoire

Muscles pharyngo-laryngés Maintien de l’ouverture de la filière oro-pharyngée

Epiglotte : Protection des voies aériennes des liquides et

aliments lors de la déglutition

Anatomie

Arbre respiratoire

Figure 12 : Représentation schématique des voies aériennes supérieures. La partie supérieure montre l’augmentation de l’activité des muscles dilatateurs à l’inspiration. La partie inférieure représente le collapsus inspiratoire au cours de l’anesthésie lié à la diminution de l’activité phasique.

Anatomie

« Cage » thoracique

Anatomie

Poumons et plèvres

Anatomie

Poumons et plèvres

Anatomie

Poumons

Pas de symétrie « D/G » Bronche droite quasiverticale A gauche : 2 lobes Supérieur Inférieur

A droite : 3 lobes Supérieur Moyen Inférieur

Anatomie

Segmentation pulmonaire

Anatomie

Interface cage thoracique / poumon

Plèvre viscérale : adhère au poumon

Plèvre pariétale : adhère aux côtes et aux muscles intercostaux

Cavité pleurale

Espace « virtuel » Quelques ml de liquide Pression négative P = -5 cm H20 Maintient « adhérence » poumon et paroi

Anatomie

Zones fonctionnelles

Zones de conduction : pas d’échange « espace mort »

Zones de transit et d’échanges

Anatomie

Arbre respiratoire

Anatomie

Trachée Trachée et grosses bronches conduction (pas d’échange gazeux) Espace mort physiologique

:

Anatomie

Bronches et bronchioles

Anatomie

Arbre respiratoire

Voies aériennes inférieures Structures rigides ○ Cartilage ○ Muscle lisse Évite le collapsus pendant l’expiration Augmente l’efficacité de la toux

Anatomie

Arbre respiratoire

Voies aériennes inférieures Tapis muco-ciliaire ○ Humidification et réchauffement ○ Drainage des sécrétions

Anatomie

Arbre respiratoire

Alvéoles Surface d’échange totale : 70 à 100 m2 Volume total : 3000 ml Diamètre 200 µm Epaisseur mb alvéolocapillaire 1 µm Vascularisation artérielle pulmonaire Maintenues ouvertes par le surfactant

Anatomie

Arbre respiratoire

Lobule / sac alvéolaire

Anatomie

Alvéole

Anatomie

Alvéole

Anatomie

Arbre respiratoire

Anatomie

Surface d’échange

Grande surface : 70-100 m2 Petite épaisseur

Anatomie

Double vascularisation :

Artère et veine bronchique

Circulation nourricière Système à haute résistance (pression = PA) Naît de l’aorte, sang artériel riche en O2 V. bronchiques se jettent dans V. azygos et V. pulmonaires

Artère et veine pulmonaire Circulation fonctionnelle Système capacitif (pression basses) Naît du VD, sang artériel pauvre en O2, capillaire

pulmonaire, sang veineux riche en O2

Anastomoses entre les deux systèmes (shunt physiologique)

Anatomie

Circulation pulmonaire

Circulation en parallèle de la circulation systémique

Débit pulmonaire = Débit aortique

Pompe = cœur droit

Anatomie


Anatomie


Anatomie


Anatomie


Anatomie


Anatomie


Anatomie


Système capacitif (≠ résistif)

Anatomie

Anatomie

Système lymphatique pulmonaire

Anatomie

Anatomie fonctionnelle

Artères proches du système de conduction aérienne

Veines séparées du système « artère + bronche »

Anatomie

Innervation, centres respiratoires (cf. cours régulation) Nerf X = pneumogastrique = vague = Xè paire crânienne Centres respiratoires : tronc cérébral (bulbe + protubérance)

Physiologie

Physiologie de la ventilation

Mécanique ventilatoire

Volumes pulmonaires

Hémoglobine

Echanges gazeux

Mécanique ventilatoire Anatomie


Muscles Muscles inspiratoires Muscles expiratoires

Propriétés élastiques du poumon Propriétés élastiques de la paroi thoracique Résistances des voies aériennes

Mécanique ventilatoire Physiologie Anatomie

Muscles

Mécanique ventilatoire Physiologie





Muscles inspiratoires

Diaphragme +++

Muscles intercostaux externes

Muscles respiratoires accessoires


Diaphragme Coupole, fin +++, inséré sur les côtes Innervé par le nerf phrénique (C3, C4, C5)


Diaphragme

Contraction : Repousse le contenu

abdominal vers le bas et l’avant Déplace les côtes

→ Augmentation du diamètre transverse du thorax


Diaphragme


Diaphragme



Muscles intercostaux externes Inséré sur les côtes, relient deux côtes

adjacentes, sont dirigés en bas et en avant Innervé par les nerfs intercostaux (racines : moelle épinière, métamère correspondant) Contraction : ○ Mouvement de piston sur les côtes

→ Augmentation du diamètre transverse et latéral du thorax





Scalènes : surélève les deux premières côtes Sterno-cléido-mastoïdien : élève le sternum Grand pectoral Peu utilisés au repos Utilisés ++ à l’effort Autres muscles Alae nasi : évasement des

narines Petits muscles de la tête et du cou




Mécanique inspiratoire Plèvre pulmonaire

Cavité pleurale

Plèvre pariétale

Diaphragme


Mécanique inspiratoire

P0

P0

P0

P-5cmH2O ∆p = 0

∆p = -5cmH2O






Muscles expiratoires

Expiration : phénomène passif +++

Muscles de la paroi abdominale

Muscles intercostaux internes


Muscles de la paroi abdominale

Grands droits Muscles obliques internes et obliques externes Transverse Contraction : ↑ PIA, repousse diaphragme vers le haut Autres fonctions : toux, efforts de vomissements et de défécation


Muscles intercostaux internes

Muscles intercostaux internes Effet inverse des intercostaux externes Contraction : repousse les côtes en bas et à

l’intérieur : diminution du volume thoracique


Mécanique expiratoire

P0

P0

P0

P5cmH2O ∆p = 0

∆p = +5cmH2O

Mécanique ventilatoire Physiologie Anatomie

Muscles : synthèse






Propriétés élastiques du poumon

Courbe pression-volume, compliance

Tension de surface

Forces de rappel élastique du poumon


Courbe pression volume Courbe pression volume Expiration 1,2 Inspiration 1

Volume (l)

0,8 0,6 0,4 0,2 0

-35

-30

-25

-20

-15

Pression (cmH20)

-10

-5

0

Courbe pression-volume I ≠ E : hystérésis Lorsque la pression est nulle, il y a de l’air dans le

poumon) Courbe pression volume Expiration 1,2 Inspiration 1 0,8

Volume (l)



0,6 0,4 0,2 0

-35

-30

-25

-20

-15

Pression (cmH20)

-10

-5

0



Compliance = variation de volume pour une variation de

pression = facilité à distendre Dérive de la courbe P-V C = ∆V / ∆P N : 200 ml/cm H2O Elastance : inverse de la compliance




Tension de surface : surfactant



Surfactant

Tension de surface : force qui agit sur 1 cm de surface liquide (A)


Surfactant

Les forces de surface d’une bulle de savon tendent à réduire l’aire de la surface et à générer une pression à l’intérieur de la bulle Comme les petites bulles génèrent des pressions plus importantes, elles se vident dans les grandes


Surfactant

Tension de surface


Surfactant

Tension de surface Participe à la compliance Assure la stabilité de l’alvéole Réduite par un liquide sécrété par les

pneumocytes II dans les alvéoles : le surfactant Début de sécrétion : fin de la vie foetale


Surfactant


Surfactant


Résumé alvéole





Tension de surface



Forces de rappel élastique du poumon Tissus élastiques : élastine, collagène dans

la paroi alvéolaire et autour des vaisseaux et bronches Perte d’élasticité avec le vieillissement

(modification des fibres)







La paroi thoracique a tendance à partir vers l’extérieur : gril costal + tonus musculaire (intercostaux + diaphragme)

Le poumon a tendance à se rétracter vers le hile : rétraction élastique

La pression interpleurale est négative


Propriétés élastiques de la paroi thoracique


Propriétés élastiques de la paroi thoracique


Compliance thoraco-pulmonaire






Résistances aériennes Flux laminaires + turbulents Flux laminaire Loi de Poiseuille : débit dans un tube cylindrique Débit = (∆P x π x r4) / (8 x η x l) η : viscosité (du gaz) ∆P = Q x R


Résistances aériennes

Q P2

P1

P1 > P2


Résistances aériennes ∆P = Q x R ∆P : P alvéole(plèvre) – P bouche Q : débit d’air R : résistance à l’écoulement de l’air

R = (8 x η x l) / (π x r4) Si r ↓ alors R ↑ ↑ ↑ ↑



Déterminants des résistances Taille du poumon : diamètre bronche

proportionnel à taille du poumon Contraction du ML bronchique Œdème muqueuse bronchique Sécrétions Densité et viscosité du gaz inspiré



Figure 10 : Localisation des principaux sites de résistance des voies aériennes. Il faut noter que les bronches de calibre intermédiaire contribuent majoritairement à la résistance alors que les petites voies aériennes ne jouent qu’un rôle très mineur.


Résistances aériennes : exemple : l’asthme

Muscle lisse

Bronchoconstriction

Sécrétions bronchiques

Muqueuse bronchique

Œdème muqueuses



Débit (l/s)

Volume (l)


Courbe débit-volume DEFmax ou DEP

Débit (l/s)

DEF 25% DEF 50% DEF 75%

DIF 25% DIFmax ou DIP

Volume (l)


Volumes pulmonaires

Figure 1 : Mesure de la courbe pression-volume d’un poumon excisé. Le poumon est maintenu quelques instants à chaque niveau de pression pendant que le volume est mesuré. Noter que les courbes lors de l’inflation (inspiration) et de la déflation (expiration) ne sont pas superposables traduisant l’hystérésis.


Volumes pulmonaires


Volumes pulmonaires Volume courant (VT – tidal volume) Volume de réserve inspiratoire (VRI) Volume de réserve expiratoire (VRE) Capacité vitale (CV) Volume résiduel (VR) Capacité pulmonaire totale (CPT) Capacité résiduelle fonctionnelle (CRF)


Volume courant (VT)

Volume mobilisé à chaque cycle ventilatoire Automatique (non volontaire) Constant chez l’adulte sain 8 à 10 ml/kg 500 ml

ANATOMIE Volumes pulmonaires statiques Volumes (litres)

6 5

VRI CI CV

4 VC

3

CPT VRE

2 1 CRF 0 Temps (sec.)

Taema

VR


Volume de réserve inspiratoire Volume inspiré audelà du VT après un effort inspiratoire maximal 3000 ml


6 5

VRI CI CV

4 VC

3

CPT VRE


Taema

VR


Volume de réserve expiratoire Volume expiré audelà du VT après un effort expiratoire maximal 1000 ml


6 5

VRI CI CV

4 VC

3

CPT VRE


Taema

VR


Capacité vitale (CV)

Volume mobilisé après un effort d’inspiration et d’expiration maximaux


6 5

VRI CI CV

4

CV = VRI + VT + VRE 5000 ml

VC

3

CPT VRE


Taema

VR


Volume résiduel (VR) Volume non mobilisable par les efforts respiratoires Non mesurable en spirométrie 1000 ml


6 5

VRI CI CV

4 VC

3

CPT VRE


Taema

VR


Capacité pulmonaire totale (CPT) Volume pulmonaire total CPT = VR + CV CPT = VR + VRI + VT + VRE 6000 ml


6 5

VRI CI CV

4 VC

3

CPT VRE


Taema

VR


Capacité résiduelle fonctionnelle (CRF)

Volume pulmonaire après une expiration normale


6 5

Non calculée spirométrie

en

VRI CI CV

4 VC

3

CPT VRE


Taema

VR

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