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

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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

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