Le système respiratoire

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1 Le système respiratoire Par : GUIGLIARELLI Alizée LANDZBERG Paul BROCK Cédric CAPO Florence MARTINEAU Fanny PESENTI Yoann

2 I) Organisation de l appareil respiratoire Voies aériennes supérieures: (extrathoracique) nez, fosses nasales, pharynx, larynx Voies aériennes conductrices: (intrathoracique) Trachée, poumons, bronches

3 Cavité nasale Nez

4 Les poumons Apex

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6 Hile

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9 Pneumothorax: Le poumon se «dégonfle»

10 Les alvéoles pulmonaires Nombreuses: 300 millions Produisent les échanges gazeux Nombreuses: 300 millions Produisent les échanges gazeux

11 II) Action ventilatoire La respiration comprend deux phases: Inspiration: période pendant laquelle l air entre dans les poumons Expiration: période pendant laquelle les gaz sortent des poumons

12 Inspiration: Contraction du diaphragme : - volume thoracique -Dépression dans les poumons -Entrée d air Expiration: Relaxation du diaphragme - Volume thoracique -Rétraction des poumons Pression et expulsion d air

13 1: Sternocleidomastoidiens 2: Scalènes 3: Intercostaux externes 4: Interchondraux 5: Diaphragme 6: Intercostaux internes 7: Abdominaux

14 Ventilation de repos Insp Exp Hyperventilation Hyperventilation Diaphragme Intercostaux -ext et para -internes Scalènes + Sterno-cléidomastoïdiens Abdominaux Passive modérée importante Insp Exp Insp Exp Role primordial du diaphragme lors de la ventilation calme, expiration passive, recrutement progressif du diaphragme et des autre muscles respiratoire lors de l hyperventilation.

15 La mécanique ventilatoire I) Paramètres spirométriques III) Propriétés élastiques de l appareil respiratoire III) Resistances ventilatoires

16 I) PARAMETRES SPIROMETRIQUES 2. Volumes et capacités 2. Les débits expiratoires

17 I) PARAMETRES SPIROMETRIQUES La spirométrie consiste en une série d'examens des fonctions respiratoires. Les paramètres spirometriques comportent trois éléments : _ les volumes, _ les capacités (représentant la somme de plusieurs volumes), _ les débits expiratoires ( reflétant la mobilisation plus ou moins rapide des volumes par l appareil respiratoire).

18 I)PAMETRES SPIROMETRIQUES 1) Volumes et capacités VT : Volume Courant: est le volume d air mobilisé au cours d un cycle ventilatoire. VRI : Volume de Reserve Inspiratoire: est le volume d air mobilisé par une inspiration forcée. VRE : Volume de Reserve Expiratoire: est le volume d air mobilisé par une expiration forcée. VR : Volume Résiduel: est le volume qui persiste dans les poumons à la fin d une expiration forcée maximale

19 I)PAMETRES SPIROMETRIQUES 1) Volumes et capacités (suite) CV : Capacité Vitale : =VT+VRI+VRE c est «le volume d air chassé des poumons par une expiration forcée maximale succédant à une inspiration forcée maximale» ou inversement. CRF : Capacité Résiduelle Fonctionnelle : =VR+VRE c est la quantité de gaz contenue dans les poumons à la fin d une expiration courante. CPT : Capacité Pulmonaire Totale : =VR+CV elle représente le volume d air contenu dans les poumons en fin d inspiration forcée maximale.

20 I)PARAMETRES SPIROMETRIQUES 2) Les débits expiratoires a) Rapport VEMS/CV Le VEMS est le Volume Expiré Maximal par Seconde. Le rapport VEMS/CV est un indicateur de la perméabilité des voies aériennes. Ces valeurs normales sont : _ pour les jeunes de 85% _ pour les sujets âgés de 70% Ce rapport diminue donc avec l âge.

21 I)PAMETRES SPIROMETRIQUES 2) Les débits expiratoires b) Débits instantanés/courbe débit-volume

22 II) Propriétés élastiques de l appareil respiratoire 2. Propriétés élastiques des poumons 2. Propriétés élastiques de l ensemble poumon-thorax(=appareil respiratoire)

23 II) Propriétés élastiques de l appareil respiratoire 1) Propriétés élastiques des poumons a) Notion d élastance et de compliance pulmonaire L élastance : est l élasticité du poumon. pour le poumon : E = P/ V Compliance : est la distencibilité du poumon C est l inverse de l élastance : C= V/ P

24 II) Propriétés élastiques de l appareil respiratoire 1) Propriétés élastiques des poumons b) Notion de tension de surface d une alvéole La tension de surface est une force qui tend à rétrécir l alvéole. Cette tension agit comme un film élastique qui comprime cette alvéole. Il faut une substance qui diminue considérablement la tension de surface.

25 II) Propriétés élastiques de l appareil respiratoire 1) Propriétés élastiques des poumons c) Le surfactant pulmonaire Le surfactant pulmonaire doit : _ faire baisser la tension de surface, _ doit être adapté aux variations de rayon alvéolaire. On sait par la formule T=F/2πr que sans surfactant, + le Rayonalvéolaire + la tension de surface Par conséquent, avec le surfactant, Rayonalvéolaire entraine une aussi importante de la tension de surface ainsi cela assure la stabilité alvéolaire du poumon normal.

26 II) Propriétés élastiques de l appareil respiratoire 1) Propriétés élastiques des poumons c) Le surfactant pulmonaire (schéma)

27 II) Propriétés élastiques de l appareil respiratoire 2)Propriétés élastiques de l ensemble poumon-thorax Courbe volume-pression élastique de l appareil respiratoire

28 III) Resistances ventilatoires

29 III) Resistances ventilatoires Voies aériennes CENTRALES FORTE résistance Voies aériennes PERIPHERIQUES FAIBLE résistance

30 Les Echanges Gazeux I/Entre l air ambiant et les alvéoles pulmonaires II/Diffusion alvéolo-capillaires III/Formation du sang artériel

31 Definition: Hématose: => C est l ensemble des processus responsables de la transformation du sang veineux, arrivant aux poumons par les branches de l artère pulmonaire, en sang arteriel, quittant les poumons par les veines pulmonaires.

32 I/ De l air ambiant aux alvéoles pulmonaires 1)Pression partielle d un gaz x: (Px) L air est un mélange de gaz. Fraction gaz: Fx Loi Dalton (pour gaz sec): Px=PB.Fx (Fx)=1 L air n est pas un gaz sec: Pair= Px Pxair=(PB-PH2Osat).Fx=713Fx PH2Osat=47mmHg à 37 C =>PO2 varie avec la Patm et concentration en O2 du milieu environant.

33 I/ De l air ambiant aux alvéoles pulmonaires 2) La ventilation alvéolaire Les différant volumes respiratoires: VTA=zone respiratoire VDphysio=VDanat+VDalv VTE=VTI=VTA+VDanat

34 I/ De l air ambiant aux alvéoles pulmonaires VDanat: bouche/nez bronchioles terminales

35 I/ De l air ambiant aux alvéoles pulmonaires Ventilation alveolaire (VA): VA=f.VTA=F.(VTI-VDanat) =>meilleur compromis entre rythme ventilatoire et richesse en O2

36 II/Diffusion alvéolo-capillaire 1) Loi de Fick Soit V x=vitesse de transfert d un gaz x à travers un tissus de surface S et d épaisseur e. Loi de Fick: V x=f(s/e. Dx. P) Dx: constante de diffusion de x P: difference de pression de x de part et d autre de la membrane. PAO2=100mmHg PACO2=40mmHg PvO2=40mmHg PvCO2=46mmHg Loi de Graham: Dx=αx/ PM αx: solubilité du gaz x

37 II/Diffusion alvéolo-capillaire Différence de Px

38 II/Diffusion alvéolo-capillaire 2) Cinétique de la diffusion

39 II/Diffusion alvéolo-capillaire

40 II/Diffusion alvéolo-capillaire

41 II/Diffusion alvéolo-capillaire Poumon cancereux

42 III/Formation du sang arteriel

43 III/Formation du sang arteriel PO2 sang artériel systemique(90mmhg)<<po2 gaz alv(100mmhg) 2 raisons: -heterogeneité regionale du rapport Ventilation/Perfusion -shunt physiologique D/G

44 III/Formation du sang arteriel 1)Heterogeneité V A /Q Idéale: V A=Q=5L/min rapport d oxygénation de 1 Ventilation et perfusion sont distribués de manière heterogene: V A et Q du sommet vers la base. V A/Q=3 au sommet et =0,6 à la base. Si Q homogene: 110mmHg or heterogene donc 95mmHg Gravité: poids du poumon sur le diaphragme influ sur Ppl d où meilleure dilatation à l inspiration de la base face au sommet: -> Forte compliance

45 III/Formation du sang arteriel -10cmH2O: - negatif: faible compliance normal -2,5cmH2O: +negatif: forte compliance ->Gravité

46 III/Formation du sang arteriel

47 III/Formation du sang arteriel Effet sur l oxygenation du sang: V A/Q-> état d oxygenation du sang Sommet:PO2 sg:130mmhg Base:PO2 sg:90mmhg =>heterogeneité du rapport -> Pression de 5mmHg de la

48 III/Formation du sang arteriel 2)Shunt physiologique D-G Def: Situation au cours de laquelle du sang veineux se mélange à du sang artériel sans avoir été oxygéné par les poumons: V A/Q->0 =>2% du debit cardiaque Double raison anatomique: -Irrigation des voies aeriennes par les arteres bronchiques (issues de l aorte thoracique): veine azygos. -Cœur irrigué par la circulation des veines de thebesius Shunt=> PO2sg de 5mmHg

49 Le transport de l oxygène (O2) dans le sang I. II. III. L hémoglobine (Hb) : molécule de transport Courbe de dissociation de l oxyhb Facteurs modifiants l affinité de l Hb pour O2

50 I. L hémoglobine (Hb) : molécule de transport 3. Structure quaternaire Liaison avec O2: modèle de coopérativité 4. Le pourcentage de saturation et P50 2.

51 I) L Hb : molécule de transport 1) Structure quaternaire Hb4 + 4 O2 Hb4O8 en général Hb + O2 HbO2

52 I) L Hb : molécule de transport 2) Liaison avec O2 :modèle de coopérativité

53 I) L Hb : molécule de transport 2) Liaison avec O2 :modèle de coopérativité

54 I) L Hb : molécule de transport 2) Liaison avec O2 :modèle de coopérativité Modèle de coopérativité positive :

55 I) L Hb : molécule de transport 3) Pourcentage de saturation et P50 Pourcentage de saturation = O2 dissous PvO2 = 40 mmhg PaO2 = 95 mmhg Quantité O2 liée à l Hb Capacité totale de fixation O2 par Hb

56 I) L Hb : molécule de transport 3) Pourcentage de saturation et P50 P50 : correspond à la PO2 pour laquelle 50% de l Hb est liée à l O2 Soit SO2 = 50% P50 alors affinité Hb pour O2 P50

57 Courbe de dissociation de l oxyhb II Description de la phase tissulaire Description de la phase pulmonaire Déplacement de l O2 dans les poumons et les tissus

58 II. Courbe de dissociation de l oxyhb 2) Description de la phase tissulaire

59 II. Courbe de dissociation de l oxyhb 3) Description de la phase pulmonaire

60 II. Courbe de dissociation de l oxyhb 3) Déplacement de l O2 dans les poumons et les tissus PO2 PO2 = 100mmHg PO2=40mmHg S O2 =75%

61 Facteurs modifiants l affinité de l Hb pour O2 III Température ph Concentration en 2,3-diphosphoglycérate (2,3-DPG)

62 III. Facteur modifiants l affinité de l Hb pour O2 1) Température

63 III. Facteur modifiants l affinité de l Hb pour O2 2) ph

64 III. Facteur modifiants l affinité de l Hb pour O2 3) Concentration DPG HbO2 + 2,3-DPG Hb-2,3-DPG + O2

65 Le transport du gaz carbonique (CO2) dans le sang I) Transport du gaz carbonique 1. Le CO2 est transporté sous 3 formes 2. Proportions des différentes formes de transport du CO2 3. Effet Haldane 4. Courbe de dissociation du CO2 II) Equilibre acido-basique 1. Acidose respiratoire 2. Alcalose respiratoire 3. Acidose métabolique 4. Alcalose métabolique

66 Les 3 formes de transport du CO2 Dissous Combiné à des protéines Sous forme de bicarbonates HCO3-

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70 HCO3-

71 Différents sites de fixation 02/CO2

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74 Différents sites de fixation 02/CO2

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76 La régulation ventilatoire I Origine nerveuse du rythme respiratoire II Régulation par les chémorécepteurs 1) Influence de la PO2 2) Influence de la PCO2 et de [H+] III Autres régulations.

77 Origine nerveuse du rythme ventilatoire Contraction cyclique et automatique. Pas de cellules à autodépolarisation Contraction rythmique repose entièrement sur l excitation cyclique des muscles respiratoires par les nerfs moteurs.

78 Centres respiratoires 3 Groupes respiratoires: Dorsal = inspiration Ventral = inspiration (partie rostrale) + expiration forcée (partie caudale) Pontin = inhibition de l inspiration Pont Bulbe rachidien GRV (I+E) GRD (I) (I) Tronc cérébral GRP = centre pneumotaxique

79 Signaux de fin d inspiration: Neurones du GRP (=centre pneumotaxique) Mécanorécepteurs pulmonaires et des voies aériennes = Réflexe de Hering

80 II. Régulation par les chémorécepteurs Chémorécepteurs: réagissent à la stimulation chimique de cellules nerveuses sensitives. Deux localisations: - Périphériques = artériels - Centraux = bulbaires

81 Les chémorécepteurs périphériques Chémorécepteurs artériels formés par les glomus carotidiens (++) et aortiques. Répondent aux variations survenant dans le sang artériel. Réagissent à: - PO2 - [H+] - PCO2 (par modification [H+])

82 Les chémorécepteurs centraux Chémorécepteurs bulbaires Répondent aux variations survenant dans le liquide céphalo-rachidien Réagissent à une de PCO2 par variation de [H+]

83 1. Influence de la PO2 PO2 air inspiré PO2 alvéolaire Si PaO2 < 60 mmhg Réflexe par les neurones respiratoires bulbaires PO2 artérielle Chémorécepteurs périphériques DECHARGE Muscles respiratoires CONTRACTIONS Ventilation Retour des PO2 alvéolaire et artérielle vers la normale

84 2. Influence de la PCO2 et de [H+] PCO2 alvéolaire PCO2 artérielle * PCO2 du LCR * [H+] artérielle [H+] du LCR Chémorécepteurs périphériques DECHARGE Chémorécepteurs centraux DECHARGE Muscles respiratoires CONTRACTIONS Ventilation CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+

85 Différences régulations PO2/PCO2 PO2 PCO2/[H+] Mise en jeu des récepteurs Périphériques Périphériques et centraux ++ Réaction à une variation de la PA Forte (PaO2 <60mmHG) Faible

86 III. Autres régulations Modification de [H+] non due à la PCO2 - acidose métabolique (Ex: prod. d ac. lactique au cours de l exercice) hyperventilation - alcalose métabolique (Ex: vomissement) hypoventilation Mise en jeu des chémor périph. Au cours de l exercice: - Mécanorécepteurs des muscles et articulations température corporelle [ ] catécholamines (adrénaline et noradrénaline) - Action des neurones de l encéphale sur les centres respiratoires. Hyperventilation

87 III. Autres régulations (2) Régulation volontaire de la respiration (phonation, chant, apnée ): motoneurones contrôlés par le cortex cérébral. Réflexes protecteurs contre les substances irritantes: - toux - éternuement - arrêt de la respiration Régulation par la douleur et les émotions