1er cours. Anatomie et physiologie. 2ème cours. Régulation. Application à l'
anesthésie ... inférieure représente le collapsus inspiratoire au cours de l'
anesthésie ...
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
Circulation pulmonaire
Anatomie
Circulation pulmonaire
Anatomie
Circulation pulmonaire
Anatomie
Circulation pulmonaire
Anatomie
Circulation pulmonaire
Anatomie
Circulation pulmonaire
Anatomie
Circulation pulmonaire
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
Mécanique ventilatoire
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
Mécanique ventilatoire
Muscles Muscles inspiratoires Muscles expiratoires
Propriétés élastiques du poumon Propriétés élastiques de la paroi thoracique Résistances des voies aériennes
Mécanique ventilatoire Physiologie
Muscles inspiratoires
Diaphragme +++
Muscles intercostaux externes
Muscles respiratoires accessoires
Mécanique ventilatoire Physiologie
Diaphragme Coupole, fin +++, inséré sur les côtes Innervé par le nerf phrénique (C3, C4, C5)
Mécanique ventilatoire Physiologie
Diaphragme
Contraction : Repousse le contenu
abdominal vers le bas et l’avant Déplace les côtes
→ Augmentation du diamètre transverse du thorax
Mécanique ventilatoire Physiologie
Diaphragme
Mécanique ventilatoire Physiologie
Diaphragme
Mécanique ventilatoire Physiologie
Muscles intercostaux externes
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
Mécanique ventilatoire Physiologie
Muscles intercostaux externes
Mécanique ventilatoire Physiologie
Muscles respiratoires accessoires
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 ventilatoire Physiologie
Muscles respiratoires accessoires
Mécanique ventilatoire Physiologie
Mécanique inspiratoire Plèvre pulmonaire
Cavité pleurale
Plèvre pariétale
Diaphragme
Mécanique ventilatoire Physiologie
Mécanique inspiratoire
P0
P0
P0
P-5cmH2O ∆p = 0
∆p = -5cmH2O
Mécanique ventilatoire Physiologie
Mécanique ventilatoire
Muscles Muscles inspiratoires Muscles expiratoires
Propriétés élastiques du poumon Propriétés élastiques de la paroi thoracique Résistances des voies aériennes
Mécanique ventilatoire Physiologie
Muscles expiratoires
Expiration : phénomène passif +++
Muscles de la paroi abdominale
Muscles intercostaux internes
Mécanique ventilatoire Physiologie
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
Mécanique ventilatoire Physiologie
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 ventilatoire Physiologie
Mécanique expiratoire
P0
P0
P0
P5cmH2O ∆p = 0
∆p = +5cmH2O
Mécanique ventilatoire Physiologie Anatomie
Muscles : synthèse
Mécanique ventilatoire Physiologie
Mécanique ventilatoire
Muscles Muscles inspiratoires Muscles expiratoires
Propriétés élastiques du poumon Propriétés élastiques de la paroi thoracique Résistances des voies aériennes
Mécanique ventilatoire Physiologie
Propriétés élastiques du poumon
Courbe pression-volume, compliance
Tension de surface
Forces de rappel élastique du poumon
Mécanique ventilatoire Physiologie
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)
Mécanique ventilatoire Physiologie
Propriétés élastiques du poumon
0,6 0,4 0,2 0
-35
-30
-25
-20
-15
Pression (cmH20)
-10
-5
0
Mécanique ventilatoire Physiologie
Propriétés élastiques du poumon
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
Mécanique ventilatoire Physiologie
Propriétés élastiques du poumon
Courbe pression-volume, compliance
Tension de surface : surfactant
Forces de rappel élastique du poumon
Mécanique ventilatoire Physiologie
Surfactant
Tension de surface : force qui agit sur 1 cm de surface liquide (A)
Mécanique ventilatoire Physiologie
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
Mécanique ventilatoire Physiologie
Surfactant
Tension de surface
Mécanique ventilatoire Physiologie
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
Mécanique ventilatoire Physiologie
Surfactant
Mécanique ventilatoire Physiologie
Surfactant
Mécanique ventilatoire Physiologie
Résumé alvéole
Mécanique ventilatoire Physiologie
Propriétés élastiques du poumon
Courbe pression-volume, compliance
Forces de rappel élastique du poumon
Tension de surface
Mécanique ventilatoire Physiologie
Propriétés élastiques du poumon
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)
Mécanique ventilatoire Physiologie
Mécanique ventilatoire
Muscles Muscles inspiratoires Muscles expiratoires
Propriétés élastiques du poumon Propriétés élastiques de la paroi thoracique Résistances des voies aériennes
Mécanique ventilatoire Physiologie
Mécanique ventilatoire
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
Mécanique ventilatoire Physiologie
Propriétés élastiques de la paroi thoracique
Mécanique ventilatoire Physiologie
Propriétés élastiques de la paroi thoracique
Mécanique ventilatoire Physiologie
Compliance thoraco-pulmonaire
Mécanique ventilatoire Physiologie
Mécanique ventilatoire
Muscles Muscles inspiratoires Muscles expiratoires
Propriétés élastiques du poumon Propriétés élastiques de la paroi thoracique Résistances des voies aériennes
Mécanique ventilatoire Physiologie
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
Mécanique ventilatoire Physiologie
Résistances aériennes
Q P2
P1
P1 > P2
Mécanique ventilatoire Physiologie
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 ↑ ↑ ↑ ↑
Mécanique ventilatoire Physiologie
Résistances aériennes
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
Mécanique ventilatoire Physiologie
Résistances aériennes
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.
Mécanique ventilatoire Physiologie
Résistances aériennes : exemple : l’asthme
Muscle lisse
Bronchoconstriction
Sécrétions bronchiques
Muqueuse bronchique
Œdème muqueuses
Mécanique ventilatoire Physiologie
Résistances aériennes
Débit (l/s)
Volume (l)
Mécanique ventilatoire Physiologie
Courbe débit-volume DEFmax ou DEP
Débit (l/s)
DEF 25% DEF 50% DEF 75%
DIF 25% DIFmax ou DIP
Volume (l)
Mécanique ventilatoire Physiologie
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.
Mécanique ventilatoire Physiologie
Volumes pulmonaires
Mécanique ventilatoire Physiologie
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)
Mécanique ventilatoire Physiologie
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
Mécanique ventilatoire Physiologie
Volume de réserve inspiratoire Volume inspiré audelà du VT après un effort inspiratoire maximal 3000 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
Mécanique ventilatoire Physiologie
Volume de réserve expiratoire Volume expiré audelà du VT après un effort expiratoire maximal 1000 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
Mécanique ventilatoire Physiologie
Capacité vitale (CV)
Volume mobilisé après un effort d’inspiration et d’expiration maximaux
ANATOMIE Volumes pulmonaires statiques Volumes (litres)
6 5
VRI CI CV
4
CV = VRI + VT + VRE 5000 ml
VC
3
CPT VRE
2 1 CRF 0 Temps (sec.)
Taema
VR
Mécanique ventilatoire Physiologie
Volume résiduel (VR) Volume non mobilisable par les efforts respiratoires Non mesurable en spirométrie 1000 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
Mécanique ventilatoire Physiologie
Capacité pulmonaire totale (CPT) Volume pulmonaire total CPT = VR + CV CPT = VR + VRI + VT + VRE 6000 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
Mécanique ventilatoire Physiologie
Capacité résiduelle fonctionnelle (CRF)
Volume pulmonaire après une expiration normale
ANATOMIE Volumes pulmonaires statiques Volumes (litres)
6 5
Non calculée spirométrie
en
VRI CI CV
4 VC
3
CPT VRE
2 1 CRF 0 Temps (sec.)
Taema
VR
ERROR: ioerror OFFENDING COMMAND: image STACK: