PHYSIOLOGIE DE LA RESPIRATION

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1 PHYSIOLOGIE DE LA RESPIRATION Frédéric SCHNELL Introduction Mécanique ventilatoire Échanges gazeux respiratoires Transport des gaz respiratoires (oxygène et CO2) par le sang Échanges gazeux tissulaires Régulation de la respiration

2 Physiologie de la respiration 5 éme partie La régulation de la respiration Introduction I. Architecture générale des centres nerveux. II. Activité électrique des motoneurones du diaphragme et ventilation III. Autorythmicité de la respiration IV. Contrôle métabolique de la respiration 1. par l oxygène 2. par le CO2 3. par le ph artériel V. Contrôle mécanique de la respiration VI. Sommeil et respiration

3 Généralités Ventilation permanente Contraction phasique des muscles respiratoires squelettiques Ne s interrompe jamais Pas de commande intrinsèque ( cœur) Commande extrinsèque d origine neurologique - composante automatique neurovégétative (tronc cérébral) - composante comportementale et volitionnelle (supra-pontique) => Permet d utiliser son appareil ventilatoire à des taches non respiratoires: parole ou apnée volontaire

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5 I. Architecture des centres nerveux Tronc cérébral Mésencéphale Localisation : bulbe et pont (protubérance annulaire) Groupe respiratoire dorsal (GRD) Générateur du rythme respiratoire? v Neurones inspiratoires α et β v Afférences : IX et X v Efférences : Groupe respiratoire ventral Nerf phrénique Groupe respiratoire ventral (GRV) v Neurones inspiratoires (au niveau de la partie moyenne) v Phrénique et intercostaux ext v Neurones expiratoires (parties sup et inf) v Nerfs intercostaux internes Groupe de neurones qui connectent les deux groupes

6 I. Architecture des centres nerveux Tronc cérébral Mésencéphale Localisation : bulbe et pont (protubérance annulaire) Groupe respiratoire pontin (GRP) : partie haute de la protubérance v Neurones expiratoires vers nerfs intercostaux internes et inhibiteurs des neurones INSP et EXP des autres groupes v Lien entre ØGroupes ventraux et dorsaux ØCortex / hypothalamus

7 I. Architecture des centres nerveux Tronc cérébral Mésencéphale Localisation : bulbe et pont (protubérance annulaire) Fibres sensitives (par IX et X) vers le SNV < des bronches < de la trachée, < des récepteurs tendineux et mécaniques < des récepteurs chimiques Système nerveux végétatif : > bronchomotricité > voies réflexes de la toux

8 Récepteurs proprioceptifs de la cage thoracique Cervelet Cortex Cortex moteur, volonté Groupe Respiratoire Pontin Thalamus Douleur Température Pont Afférences vagales SNV Parasympathique Nerfs craniens IX & X G R V G R D G R D G R V Neurones respiratoires qgroupe ventral qgroupe dorsal Chémorécepteurs centraux Formation réticulée Bulbe Moelle SNV Sympathique Vers motoneurones des muscles respiratoires

9 II. Activité électrique des motoneurones du diaphragme et respiration

10 III. Autorythmicité de la respiration q Hypothèse d un générateur d activité inspiratoire centrale (AIC) ØConstituté de / qui active les neurones α et β du groupe dorsal Groupe Respiratoire pontin GRV Influences supérieures q Inhibition phasique par boucles venant du GRV (?) sous la dépendance du centre pontin (?) GRDβ + / - GRDα Afférences vagales Chémorécepteurs Nerf inspiratoire

11 Physiologie de la respiration 5éme partie La régulation de la respiration I. Architecture générale des centre nerveux. II. Activité électrique des motoneurones du diaphragme et ventilation III. Autorythmicité de la respiration IV. Contrôle métabolique de la respiration 1. par l oxygène 2. par le CO2 3. par le ph artériel V. Contrôle mécanique de la respiration VI. Sommeil et respiration

12 IV. Contrôle métabolique 1. Contrôle de la respiration par l oxygène Forte augmentation de la VE si PaO2<60mmHG SvO2 SaO2 Pour PaO2 > 60mmHG, le transport total de l O2 par => Pas de franche augmentation de l ave avant >60m

13 Les chémorécepteurs périphériques sensibles à la PaO2 PaO2 artérielle Stimulation chémorécepteurs périphériques >> Afférences vagales Ventilation Retour à une PaO2 normale

14 Groupe Respiratoire pontin GRV Influences supérieures GRDβ GRDα + / - Afférences vagales des chémorécepteurs périphériques Nerf inspiratoire Afférences vagales vont : Øaugmenter la fréquence de décharge des neurones α et β du GRD >> augmenter le VC Øce qui va accélérer l inhibition par GRV (interruption + fréquente) >> augmenter la fréquence ventilatoire

15 IV. Contrôle métabolique 2. Contrôle de la respiration par leco2 Ventilation en fonction de PCO2 Chémorécepteurs centraux sensibles au ph CO2 + H2O <> H2CO3 <> HCO3- + H+ Anhydrase carbonique PCO2 H+ ph

16 PaCO2 PaCO2 ph Liquide Céphalorachidien et interstitiel cérébral ph Liquide Céphalorachidien et interstitiel cérébral Stimulation chémorécepteurs Centraux Stimulation chémorécepteurs Centraux Ventilation Ventilation Retour à une PaCO2 normale Retour à une PaCO2 normale

17 GR Pontin GRV GRD GRD + Chémorécepteurs Centraux +++ INSP Ventral Stimulation des récepteurs centraux Øaugmenter la fréquence de décharge des neurones α et β du GRD >> augmenter le VC Øce qui va accélérer l inhibition par GRV (interruption + fréquente) >> augmenter la fréquence ventilatoire

18 IV. Contrôle métabolique 3. Contrôle de la respiration par le ph sanguin Quand le ph sanguin chute ou augmente sans modification de PCO 2, les chémorécepteurs périphériques sont mis en jeu. CO2 + H2O <> H2CO3 <> HCO3- + H+ Acidose métabolique Alcalose métabolique Hyperventilation Hypoventilation Baisse de la a et déplacement de l équilibre vers la gauche Hausse de la PaCO2 et déplacement de l équilibre vers la droite

19 Physiologie de la respiration 5 éme partie La régulation de la respiration I. Architecture générale des centre nerveux. II. Activité électrique des motoneurones du diaphragme et ventilation III. Autorythmicité de la respiration IV. Contrôle métabolique de la respiration 1. par l oxygène 2. par le CO2 3. par le ph artériel V. Contrôle mécanique de la respiration

20 V. Contrôle mécanique de la respiration Récepteurs des poumons, des voies aériennes, des bronches Mécanorécepteurs sensibles à l étirement (réflexe d Hering-Breuer)* voies afférentes vagales action sur le groupe dorsal (β) participent à l expiration (inhibent l inspiration) rendent l expiration / inspiration douces * Réflexe de Hering-Breuer: l étirement (donc l inflation pulmonaire) provoque une baisse de la FR par diminution du temps expiratoire

21 Récepteurs à l irritation : nez, trachée, larynx, bronches adaptation très rapide aux agents irritatifs voies afférentes / efférentes vagales Fibres C : alvéoles Stimulés par l œdème interstitiel voies afférentes / efférentes vagales Voies efférentes vagales parasympathiques récepteurs muscariniques des bronches / trachée Toux Bronchoconstriction (asthme) Bâillements, soupirs (grandes inspirations) Eternuements

22 Récepteurs proprioceptifs de la cage thoracique récepteurs articulaires des côtes récepteurs tendineux du diaphragme des muscles intercostaux fuseaux neuromusculaires des muscles respiratoires Informations au cervelet / cortex Adapter la posture

23 Réflexe de toux Stimuli mécaniques chimiques Récepteurs dans les voies aériennes sup, plèvre, diaphragme Voies afférentes vagales Vers le groupe dorsal de neurones inspiratoires cortex Voies efférentes : motoneurones respiratoires (diaphragme, IC, muscles abdominaux) C est une : une expiration forcée à glotte fermée, puis ouverture brutale de la glotte et expiration rapide et bruyante par la bouche Avec stimlulation du SNV parasympathique entraînant une vasoconstriction des bronches pour évacuer les irritants

24 Réflexe d éternuement stimuli mécanique ou chimique récepteurs du nez (muqueuse sensible) voies afférentes : nerfs olfactif et trijumeau groupe dorsal de neurones Voies efférentes : motoneurones respiratoires (diaphragme, IC, muscles abdominaux) Eternuer : Inspiration profonde puis une expiration forcée à glotte fermée, puis ouverture brutale de la glotte et expiration rapide et bruyante par le nez et la bouche

25 Contrôle cortical de la ventilation Réactions comportementales cortex cérébral cortex somatique cortex moteur système limbique

26 Adaptation à l exercice Les muscles consomment une grande quantité d O2 et produisent une grande quantité de CO2 Respiration X 10 à 20 fois plus profonde et plus rapide : hyperpnée Modifications de O2 et CO2 veineux mais pas de modifications de O2 et CO2 artériels Différent de l hyperventilation qui peut provoquer une hypocapnie et une alcalose car la sortie plus élevée de CO2 n est pas accompagnée par une augmentation de sa production