Transport des gaz vers la périphérie.

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2 Transport des gaz vers la périphérie.

3 L oxygène.

4 Transport des gaz vers la périphérie : O 2 L Oxygène est présent sous 2 formes dans le sang : 1. Dissous : Pour chaque mmhg d O 2 il y a 0,003 ml de O 2 /100 ml de sang Soit pour PO 2 = 100 mmhg, il y a 3 ml de O 2 /l de sang A pression atmosphérique, l O 2 dissous joue un rôle mineur. 2. Lié à l hémoglobine : Forme de transport majeure à pression atmosphérique. Contenu sanguin en O 2 = O 2 dissous + O 2 lié à l Hb L essentiel du transport de l oxygène à pression atmosphérique est assuré par l hémoglobine, dans une forme liée à l oxygène = oxyhémoglobine. Dans d autres conditions, et notamment en hyperbarie, la portion d oxygène dissoute peut être beaucoup plus importante et participer d avantage au transport de l oxygène. 4

5 Transport des gaz vers la périphérie : O 2 L Hémoglobine L hémoglobine est constituée de 4 sous unités appelées globines. Chaque sous unité ou globine est constitué : D un atome de fer Hème D une porphyrine D une chaîne protéique Éventuellement une petite molécule comme le CO, NO, ou O 2 Il existe 4 types de globines différentes : α, β, δ et γ La variation de la chaîne protéique, associé à un hème va former une molécule de globine particulière. C est sur l hème que va se fixer les molécules d oxygène, ou dans certaines circonstances d autres molécules comme le CO peuvent prendre la place de l oxygène, empêchant ainsi son transport par l hémoglobine. Si c est du CO qui se fixe sur l hème on appelle alors le complexe non plus l oxyhémoglobine mais la carboxyhémoglobine. 5

6 Transport des gaz vers la périphérie : O 2 L Hémoglobine Chez l adulte α et β forme un dimère αβ, 2 dimères forment une molécule d hémoglobine A. (95%) Hb A2 : 2 α et 2 δ (5%) Chez le fœtus Hb F : 2 α et 2 γ La combinaison deux par deux de chaines de globines (toujours avec au moins une chaîne alpha) va former une molécule d hémoglobine A si ce sont les chaînes alpha et beta qui se sont combinées. Cette forme d hémoglobine est la forme prédominante chez l adulte. Pour le fœtus, il existe une chaîne gamma qui disparait au fur et à mesure de la croissance qui permet de former l hémoglobine fœtale. 6

7 Transport des gaz vers la périphérie : O 2 Drépanocytose ou hémoglobinose S Mutation du gène de la chaîne β sur le chz 11 Hb S : α2β2s La forme déoxygénée de cette Hb S possède la propriété de se polymériser, entraînant une modification de la morphologie du GR, en forme de faux Ces GR déformés circulent plus difficilement à travers les capillaires. La drépanocytose est une maladie génétique dont l anomalie est une mutation du gène de la chaîne beta Ceci entraîne non plus la synthèse de chaîne beta mais de chaîne S, qui par combinaison avec la chaîne alpha va former l hémoglobine S. Cette hémoglobine S (anormale) a la propriété de se polymériser lorsque qu elle ne porte pas d oxygène. Les molécules d hémoglobines à l intérieur du globule rouge se polymérisant, elles vont entraîner une modification de la conformation du globule rouge qui prend une forme de faux, circulant difficilement dans les petits capillaires. 7

8 Transport des gaz vers la périphérie : O 2 Courbe de dissociation de l O 2 à l hémoglobine Saturation O 2 = O 2 combiné avec Hb x 100 Capacité en O 2 Saturation 100% 90% P0 2 Courbe de Barcroft La courbe de Barcroft ou courbe de dissociation de l oxygène à l hémoglobine décrit la saturation de l hémoglobine en oxygène en fonction de la PO 2 disponible. Capacité en O 2 : C est le volume d O 2 que peut lier au plus 100 ml de sang. 8

9 Transport des gaz vers la périphérie : O 2 Courbe de dissociation de l O 2 à l hémoglobine Saturation 100% 90% P0 2 En cas de diminution de la P alvéolaire en O 2, l hémoglobine reste saturée en O 2. La courbe de dissociation de l oxygène à l hémoglobine n est pas linéaire. Au-delà de 60 mmhg, elle s aplatit : cela veut dire que même pour de fortes progressions de la PO 2 la variation de la saturation est minime. Ainsi même si la pression alvéolaire en oxygène (normalement aux alentours de 100mmHg) chute, la saturation de l hémoglobine qui arrive au contact de l alvéole est préservée. Elle est préservée en tous les cas jusqu à ce que la pression alvéolaire atteigne 60 mmhg, en deçà, la saturation se met à chuter de manière importante. 9

10 Transport des gaz vers la périphérie : O 2 Courbe de dissociation de l O 2 à l hémoglobine Saturation 100% 90% P0 2 Les tissus périphériques peuvent prélever de grandes quantité d O 2, pour une faible diminution de la PO 2. Ce maintien de la PO 2 aide à la diffusion de l O 2 dans les cellules. En deçà de 60 mmhg, la saturation en oxygène de l hémoglobine chute. Cela veut dire qu en deçà de 60 mmhg, l hémoglobine a tendance à «libérer» son oxygène favorisant le prélèvement par les tissus de l oxygène transporté dans le sang. La PO 2 tissulaire normale se situe aux alentours de 50 à 60 mmhg. Donc pour de faibles variation de PO 2, une proportion importante d oxygène peut être libérée. Par conséquent, le sang qui arrive n a pas besoin de faire «chuter» sa PO 2 pour libérer son oxygène. Cela permet de maintenir un gradient en oxygène entre l intérieur du capillaire et la cellule au sein du tissu, afin de permettre la diffusion de l oxygène. 10

11 Transport des gaz vers la périphérie : O 2 Contenu sanguin en O 2 CaO 2 = O 2 lié à l Hb + O 2 dissous CaO 2 = 1,39 x [ Hb ] x Sat O 2 + PO 2 x 0,003 Pouvoir oxyphorique de l Hb : Volume que peut fixer au plus chaque g d hémoglobine = 1,39 ml /g d Hb Capacité en O 2 : C est le volume d O 2 que peut lier au plus 100 ml de sang. si [ Hb ] = 15 g/dl (100 ml = 1 dl) Alors capacité en O 2 = 15 x 1,39 = 20,8 ml/dl Le contenu artériel en oxygène comporte donc la fraction liée à l hémoglobine et la fraction dissoute. La fraction liée = pouvoir oxyphorique de l hémoglobine x saturation en oxygène x concentration d hémoglobine dans le sang. La fraction dissoute = PO 2 x coefficient de dissolution de l oxygène dans le sang. 11

12 Transport des gaz vers la périphérie : O 2 Concentration, Saturation, Pression en O 2 Concentration en O 2 (ml/100ml) Hb = 20 g/dl Hb = 15 g/dl Hb = 10 g/dl 100% 50% 100% 50% 100% 50% Saturation en O P0 2 Il existe une différence importante entre concentration (= contenu) artériel en oxygène et la saturation en oxygène. Plus la concentration d hémoglobine sera élevé, plus la concentration en oxygène sera importante pour une même saturation. Une saturation à 100% de l hémoglobine ne signifie pas que l on soit capable d oxygéner correctement les tissus car la concentration (ou contenu) artériel en oxygène peut être bas, et donc insuffisant pour certaines demandes énergétiques. 12

13 Transport des gaz vers la périphérie : O 2 Courbe de dissociation de l O 2 à l hémoglobine Effet de l acidose, de la PCO 2, de la température. Saturation en O 2 (%) P0 2 Plusieurs facteurs peuvent influencer la dissociation de l oxygène de l hémoglobine : La température, l hypercapnie, l acidose, la concentration élevée en 2,3 DPG diminue la saturation en oxygène de l hémoglobine pour une même PO 2. 13

14 Transport des gaz vers la périphérie : O 2 Courbe de dissociation de l O 2 à l hémoglobine Pendant l exercice, le muscle est : Acide Hypercapnique Chaud Il tire bénéfice du relargage accru de l O 2. Moyen mnémotechnique pour l influence du ph, de la PCO2, de la température sur la dissociation de l oxygène de l hémoglobine. 14

15 Transport des gaz vers la périphérie : O 2 Monoxyde de carbone (HbCO) Saturation O 2 Saturation CO 100% 90% Le CO est 240 fois plus afin pour l Hb que l O P0 2 PCO D autres substances peuvent se fixer sur l hémoglobine : le CO qui possède une affinité très importante pour l hémoglobine. Il prend «la place» de l oxygène sur l hémoglobine. Le taux de carboxyhémoglobine «normal» est inférieur à 5% pour un non fumeur. Chez un fumeur il peut atteindre 10%... 15

16 Transport des gaz vers la périphérie : O 2 Monoxyde de carbone (HbCO) Concentration en O 2 (ml/100ml) Hb = 20 g/dl Hb = 15 g/dl HbCO = 33% Hb = 10 g/dl 100% 50% 100% 50% 100% 50% Saturation en O P0 2 Diminution de la concentration en O 2 lors d une intoxication au CO Déplacement de la courbe de saturation vers la gauche Pour un taux d hémoglobine normal. Comme le CO prend «la place» de l hémoglobine, la concentration en oxygène du sang s en trouve d autant diminuée. De plus la présence de carboxyhémoglobine déplace la courbe vers la gauche ; c est-à-dire que l hémoglobine relâche moins facilement l oxygène aggravant potentiellement l hypoxie tissulaire dans le cadre d intoxication au monoxyde de carbone. 16

17 Le gaz carbonique.

18 Transport des gaz : le CO 2 Le transport du gaz carbonique se fait sous 3 formes Dissous Sous forme de bicarbonate Lié aux protéines. Le CO 2 Dissous 20 fois plus soluble dans le sang que l O 2 10% du CO 2 dégagé au niveau pulmonaire est sous forme dissoute 18

19 1. Transport des gaz : le CO 2 AC Bicarbonates CO 2 + H 2 0 H 2 C0 3 H + + HCO 3-1 Cette réaction peut s effectuer dans le plasma mais elle est très lente. Dans le GR, elle est catalysée par une enzyme : l anhydrase carbonique, accélérant considérablement la vitesse de réaction La dissociation de l acide carbonique se fait rapidement, sans enzyme. Lorsque la concentration de ces bicarbonates augmente dans les GR, ils sortent par diffusion. Par contre la membrane étant peu perméable aux cations, H + reste dans le GR. Un ion Cl - pénètre pour conserver l électroneutralité. La transformation du CO 2 en ion bicarbonate HCO 3- fait intervenir une molécule d eau. Elle se fait spontanément de manière lente, ou alors rapidement lorsqu elle est catalysée par l anhydrase carbonique (AC) 19

20 Transport des gaz : le CO 2 Bicarbonates Effet Haldane AC CO 2 + H 2 0 H 2 C0 3 H + + HCO - 3 H + + HbO 2 H + Hb + O 2 L Hb réduite (sans O2), est un meilleur accepteur de proton que l HbO 2 La présence d Hb réduite dans le sang périphérique, permet une meilleure captation du CO 2 (par le globule rouge). Au niveau du poumon c est l inverse qui se produit : l oxygénation de l Hb facilite le relargage de CO2 dans le capillaire pulmonaire. Cette facilitation du transfert du CO2 par l oxygénation s appelle l effet Haldane En périphérie l hémoglobine va libérer son oxygène et se retrouver réduite. Cette hémoglobine réduite fixe plus facilement un proton que l hémoglobine oxydée (portant de l oxygène). La réaction de «transformation» de CO 2 en HCO 3 - va donc se retrouver «déséquilibrée» par la captation du H + par l hémoglobine. Comme il existe pour cette réaction un «déficit relatif» de H +, la réaction va tendre à activer la production de HCO 3 - et donc de H +. Cette réaction ayant lieu dans le globule rouge, celui-ci va «capter» le CO 2 dans sa périphérie pour pouvoir continuer à produire du HCO 3 -. On dit donc que la présence d hémoglobine réduite dans le sang périphérique permet une meilleure captation du CO 2. Au niveau du poumon c est l inverse qui se produit : l hémoglobine se «réoxygénant», va libérer un ion H + qui va de nouveau déséquilibrer la réaction (dans l autre sens cette fois) et permettre le relarguage du CO 2 à partir du HCO 3 - dans le capillaire pulmonaire où il pourra rejoindre ensuite l alvéole pulmonaire. 20

21 Transport des gaz : le CO 2 Bicarbonates : en périphérie Dissous CO 2 CO 2 CO 2 Dissous Anhydrase carbonique CO 2 + H 2 0 H 2 CO 3 HCO 3 - Effet Hamburger HCO H + HHb Cl - Cl - Na + K + Hb - O 2 O 2 O 2 O2 H H HbO2 Tissu Plasma Globule Rouge 21

22 Transport des gaz : le CO 2 Bicarbonates : au niveau pulmonaire Dissous CO 2 CO 2 CO 2 Dissous Anhydrase carbonique Effet Haldane CO 2 + H 2 0 H 2 CO 3 HCO 3 - Effet Hamburger HCO H + HHb Cl - Na + K + Hb - O 2 O 2 O 2 O2 H H Cl - HbO2 Alvéole Plasma Globule Rouge 22

23 Transport des gaz : le CO 2 Dérivés carbaminés. Les dérivés carbaminés sont formés par la combinaison de CO2 avec les groupes amines terminaux des protéines sanguines. La protéine la plus importante est la globine de l hémoglobine. Hémoglobine NH 2 + CO 2 Hémoglobine NH-COOH Carbamino-hémoglobine Les dérivés carbaminés sont une troisième forme, minoritaire, de transport du CO 2. Le CO 2 se fixe à la globine de l hémoglobine pour former la carbamino-hémoglobine à ne pas confondre avec la carboxy-hémoglobine. 23

24 Transport des gaz : le CO 2 Courbe de dissociation du CO 2 Artériel Veineux CO2 carbaminé Contenu en CO 2 CO2 sous forme HCO 3 - CO2 dissous PCO 2 (mmhg) Ces différentes courbes représentent le contenu ou concentration en CO 2 dans le sang, en fonction de la pco 2. La courbe la plus violette (la plus haute) représente le contenu en CO 2 pour du sang moins oxygéné. La courbe la plus bleu (la plus basse) représente le contenu en CO 2 pour du sang complètement saturé en oxygène. On constate que plus le sang est oxygéné, moins il peut transporter du CO 2 pour une PCO 2 donnée. Sur le côté, il est schématisé, la proportion de chaque «forme» de CO 2 dans le sang. On constate que le gaz carbonique est majoritairement transporté sous forme de bicarbonate. 24

25 Transport des gaz : le CO 2 Courbe de dissociation O 2 / CO 2 Contenu en O 2 ou en CO 2 (ml/100ml) 20 CO 2 O Après 80 mmhg la courbe d O2 s applatie. PO 2 ou PCO 2 Entre 20 et 100 mmhg la courbe de CO2 est presque linéaire. L hyperventilation réduit le contenu en CO2 mais ne modifie pas celui en O2. La courbe de CO 2 est quasiment linéaire entre 20 et 80 mmhg contrairement à celle d O 2. Toute augmentation ou diminution de PCO 2 (hypo ou hyperventilation) s accompagne d une variation linéaire de la concentration en CO 2. 25

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27 Mécanique ventilatoire

28 Mécanique Ventilatoire Rappel : Muscles inspiratoires Principaux : Accessoires : Diaphragme, muscles intercostaux externe Sterno-cléïdo-mastoïdien Grand pectoral Scalènes 28

29 Expiration : phénomène passif Mécanique Ventilatoire Expiration forcée : Muscles intercostaux internes Muscles de la paroi abdominale Obliques (int, ext) Grands droits Transverse 29

30 Compliance/Élastance.

31 Mécanique Ventilatoire Propriétés élastiques du poumon. Compliance : Capacité d une structure à générer un volume pour une pression donnée Elle est exprimée en ml/cmh2o (C est l inverse de l élastance qui est une force s opposant à la distension). Le volume d une structure élastique va dépendre de sa compliance et de la pression transmurale qui y est appliquée. P1 P2 P transmurale = P1 P2 31

32 Mécanique Ventilatoire Propriétés élastiques du poumon. Courbe Pression-Volume Volume (l) 1 Expiration Inspiration Hystérésis -30 Pression autour du poumon L hystérésis est la différence de volume qui existe entre un poumon en inspiration et en expiration pour une même pression. À P = 0, il existe une petite quantité d air piégée dans le poumon par le collapsus des petites voies aériennes. Si on trace une courbe reliant pression et volume d un poumon à l inspiration, puis à l expiration on constate que ces courbes ne sont pas superposables. La courbe expiratoire se situe toujours au dessus de la courbe inspiratoire. C est-à-dire que en expiration pour une même pression, le volume sera toujours supérieur au volume en inspiration. Cette différence s appelle l hystérésis. En fait la pression nécessaire à l ouverture alvéolaire est supérieure à la pression nécessaire pour maintenir cette ouverture alvéolaire. À P = 0 le volume pulmonaire n est pas nul : il existe une petite quantité d air piégée par le collapsus des petites voies aériennes qui retient un certain volume. 32

33 Mécanique Ventilatoire Propriétés élastiques du poumon Compliance. Volume (l) 1-30 Pression autour du poumon La compliance du poumon correspond à la pente de la courbe pression/volume soit : C = V exprimée en ml/cmh 2 O P La compliance normale du poumon est d environ 200 ml/cmh 2 0 La compliance est la capacité que possède un poumon à générer un volume pour une pression donnée. C est l inverse de l élastance : E = 1/C 33

34 Mécanique Ventilatoire Propriétés élastiques du poumon Compliance. Les facteurs qui «génèrent» la compliance du poumon sont : Le volume du poumon Le tissu élastique de soutien La tension superficielle Force qui s applique sur une ligne imaginaire liée aux molécules (qui s attirent entre elles) composant le liquide : 34

35 Mécanique Ventilatoire Propriétés élastiques du poumon Compliance. Tension superficielle Les surfaces de la bulles se contractent, formant une sphère, engendrant une pression à l intérieur de la sphére. Loi de Laplace P = 4T r Pour une tension de surface égale dans 2 alvéoles de tailles différentes, la pression sera plus importante dans la petite alvéole entraînant un mouvement de gaz vers la grande alvéole. D où le rôle du surfactant pour une ventilation homogène! 35

36 Mécanique Ventilatoire Propriétés élastiques du poumon Compliance. Différences régionales de ventilation Volume (l) ,5 Pression autour du poumon Les différences régionales de ventilation sont expliquées par la pression intra pleurale et donc le gradient transpulmonaire qui règne dans la région concernée. Dans les zones ou le gradient est élevé (à l apex), les alvéoles sont distendues et leur compliance diminuée par rapport aux bases. La variation de volume pour une unité de pression sera donc moindre au sommet qu à la base. La base ventile mieux que le sommet. 36

37 Mécanique Ventilatoire Propriétés élastiques de la cage thoracique/du poumon. P = - 5 P = 0 P = 0 P = 0 P = 0 P = 0 Poumon Normal Pneumothorax La mise en évidence de la propriété élastique du système thoraco-pulmonaire se fait lors d un pneumothorax : Dans un poumon normal, il existe une dépression intra pleurale qui maintient le poumon à la paroi. En cas de rupture de l intégrité pleurale, le poumon se rétracte du fait de ses propriétés élastiques, et la cage thoracique s expend. 37

38 Mécanique Ventilatoire Propriétés élastiques de la cage thoracique. Le poumon à tendance à occuper le plus petit volume possible (sous une force de rétraction élastique). A l inverse, la cage thoracique a tendance à s aggrandir toujours plus (sous une force imposée par la forme des arcs costaux). Pour l ensemble poumon + paroi thoracique, ces deux forces s équilibrent à un volume pulmonaire appelé Capacité Résiduelle Fonctionnelle. 38

39 Mécanique Ventilatoire Propriétés élastiques de la cage thoracique. CPT VRI Inspiration CV Vt VRE CRF VR La capacité résiduelle fonctionnelle est le volume qui reste dans la cage thoracique après une expiration normale. Elle est constitué du volume de réserve expiratoire + le volume résiduel. 39

40 Mécanique Ventilatoire Propriétés élastiques de la cage thoracique. Le poumon à tendance à occuper le plus petit volume possible (sous une force de rétraction élastique). A l inverse, la cage thoracique a tendance à s aggrandir toujours plus (sous une force imposée par la forme des arcs costaux). Pour l ensemble poumon + paroi thoracique, ces deux forces s équilibrent à un volume pulmonaire appelé Capacité Résiduelle Fonctionnelle. Des volumes plus grands ou plus petits sont atteints par l action respective des muscles inspiratoires ou expiratoires. 40

41 Capacité Vitale % Mécanique Ventilatoire Propriétés élastiques de la cage thoracique Paroi thoracique au repos Système respiratoire au repos Pression des voies aériennes Cette courbe est la courbe de relaxation pression volume du poumon et de la cage thoracique. Elle illustre les propriétés élastiques du poumon et de la cage thoracique. Ces propriétés élastiques opposé (la cage tire vers l extérieur, le poumon vers l intérieur) s équilibre au niveau de la CRF. C est-à-dire que la somme des deux pressions (positive pour le poumon ou négative pour la cage thoracique dans les voies aériennes) est nulle. Si on inspire puis que l on bloque la cage thoracique à un certain volume, et que l on mesure la pression à l intérieur des voies aériennes celle-ci sera positive. Cette pression positive est liée au forces élastiques du poumon qui tendent à vouloir faire expirer et revenir à la CRF. A l inverse si à partir de la position de repos on expire, puis que l on bloque la cage thoracique et que l on mesure la pression à l intérieur des voies aériennes celle-ci sera négative. Cette pression négative est lié à la cage thoracique qui cherche à revenir à sa position de repos et donc à faire inspirer le patient. 41

42 Résistance/Conductance.

43 Mécanique Ventilatoire Résistance des voies aériennes Si un flux de gaz s écoule dans un tube, il existe une différence de pression entre l entrée et la sortie du tube. A bas débit, le flux est dit laminaire. P1 P2 P1 > P2 P = V x R R = 8.η.l πr 4 R = résistance au flux η : viscosité du fluide l : longueur du tube r 4 : rayon du tube La chute de pression entre l entrée et la sortie du tuyau est lié à la résistance à l écoulement du gaz dans le tube. Cette résistance est proportionnelle à la viscosité du fluide et la longueur du tube (plus le tube est long et plus le fluide est visqueux, plus les résistances seront élevées). Elle est inversement proportionnelle au rayon du tube (plus le diamètre est petit plus les résistances sont élevées à la puissance 4!!) 43

44 Mécanique Ventilatoire Résistance des voies aériennes A haut débit, le flux est dit turbulent La pression n est plus proportionnelle au débit, mais à son carré P = V² x K Dans un flux turbulent la viscosité devient moins importante, et la densité du fluide joue un rôle plus important. Du fait de la complexité de l arbre bronchique, la modélisation des résistances des voies aériennes est difficile. Sa mesure s effectue en faisant le rapport (pression à la bouche pression alvéolaire) / débit. 44

45 Mécanique Ventilatoire Résistance des voies aériennes Site principal de la résistance des voies aériennes Du fait de la division des voies respiratoires, la section cumulée (ou diamètre d écoulement du gaz) augmente. Les résistances diminuent donc au fur et à mesure des divisions. 45

46 Mécanique Ventilatoire Résistance des voies aériennes Facteurs déterminant la résistance des voies aériennes Volume pulmonaire Comme pour les capillaires pulmonaires, les bronches sont soutenues par la traction radiale du tissu pulmonaire Plus le volume pulmonaire est élevé, plus il s exerce une traction radiale du tissu pulmonaire sur les parois bronchiques et plus le diamètre augmente diminuant ainsi les résistances. Cond. = G = conductance ou inverse de la résistance ; G = 1/R 46

47 Mécanique Ventilatoire Résistance des voies aériennes Facteurs déterminant la résistance des voies aériennes 1. Volume pulmonaire 2. Muscles lisses bronchiques Sous le contrôle du système nerveux autonome Parasympathique : bronchoconstricteur Sympathique : bronchodilatateur La diminution de la PCO 2 entraîne des R 3. Densité-viscosité du gaz inspiré 4. Compression dynamique des voies aériennes 47

48 Mécanique Ventilatoire Equation du mouvement Pression résistive Pression élastique Pmusc = RV(t) + V(t)/C + P 0

49 Mécanique Ventilatoire Compression dynamique des voies aériennes Débit Courbe Débit-Volume DEP Expiration Volume Inspiration Sur une courbe débit volume, il existe pour un certains volume un débit maximal qu il est impossible de dépasser. Cette limite est expliquée par la compression dynamique des voies aériennes. 49

50 Mécanique Ventilatoire Compression dynamique des voies aériennes Expiration forcée à différents volumes exprimés en % de la capacité vitale 50

51 Mécanique Ventilatoire Compression dynamique des voies aériennes Expiration Normale 0 cmh Lors d une expiration passive, les forces élastiques du poumon, le retour en place du diaphragme et de la cage thoracique génère une pression positive à l intérieur des voies aériennes et donc un gradient avec l atmosphère permettant une vidange alvéolaire. Ce débit de vidange alvéolaire va dépendre des propriétés élastiques du poumon et des résistances liée à l écoulement du gaz dans les bronches. 51

52 Expiration forcée Mécanique Ventilatoire Compression dynamique des voies aériennes 0 cmh Lors d une expiration active, la contraction des muscles expiratoires accessoires génère une pression positive importante à l intérieur de la cage thoracique et des voies aériennes. Cette pression positive importante va accélérer le débit expiratoire. Au fur et a mesure de la vidange, la pression du fait de la diminution du volume restant à expirer va diminuer, jusqu à se retrouver inférieur à la pression dans la cage thoracique (pression généré par la contraction des muscles accessoires). Cette différentielle de pression va entrainer ce que l on appelle une compression dynamique de certaines voies aériennes limitant ainsi le débit (la lumière se rétrécit voire peut parois se collaber). 52

53 Phase Inspiratoire Mécanique de la toux P Pleurale P Alvéolaire Glotte ouverte P atm Inhalation d un Volume variable : 50% du Vt 50% CV «Mise en position» des µ expiratoires 53

54 Phase de compresssion Mécanique de la toux P Pleurale P Alvéolaire Glotte fermée P atm Fermeture glottique 200 ms. Effort expiratoire cmh 2 O. Contraction isométrique des µ expiratoires. 54

55 Phase d expulsion Mécanique de la toux P Pleurale P Alvéolaire Compression dynamique des voies aériennes Glotte ouverte P atm Ouverture glottique en 20 à 40 ms Compression dynamique des voies aériennes. Débit de pointe élevé6-12 l/sec.

56 Phase d expulsion Mécanique de la toux P Pleurale P Alvéolaire Glotte ouverte P atm Recul du Point d égale pression «balayage»de l ensemble de l arbre trachéobronchique.

57 Toux dans les pathologies bronchopulmonaires. BPCO, dilatations des bronches, mucoviscidose. P Pleurale P Alvéolaire Glotte ouverte P atm

58 L apport d O2 corrige aisément : Une hypoventilation alvéolaire? Un shunt? 58

59 Hypoxémie : Shunt (3) Le shunt n est pas «bien» corrigé par l apport d O2 même à haut débit. CaO2 = Hb x 1,34 x Sat + PO2 x 0,0031 Air ambiant Contenu artériel en O 2 PO 2 Contenu appauvri en O 2 59

60 Hypoxémie : Shunt (3) Le shunt n est pas «bien» corrigé par l apport d O2 même à haut débit. CaO2 = Hb x 1,34 x Sat + PO2 x 0,0031 Contenu artériel en O pur Air ambiant Peu de différence de contenu en 02 PO 2 Contenu appauvri en O 2 60

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62 Transport des gaz vers la périphérie.

63 L oxygène.

64 Transport des gaz vers la périphérie : O 2 L Oxygène est présent sous 2 formes dans le sang : 1. Dissous : Pour chaque mmhg d O 2 il y a 0,003 ml de O 2 /100 ml de sang Soit pour PO 2 = 100 mmhg, il y a 3 ml de O 2 /l de sang A pression atmosphérique, l O 2 dissous joue un rôle mineur. 2. Lié à l hémoglobine : Forme de transport majeure à pression atmosphérique. Contenu sanguin en O 2 = O 2 dissous + O 2 lié à l Hb L essentiel du transport de l oxygène à pression atmosphérique est assuré par l hémoglobine, dans une forme liée à l oxygène = oxyhémoglobine. Dans d autres conditions, et notamment en hyperbarie, la portion d oxygène dissoute peut être beaucoup plus importante et participer d avantage au transport de l oxygène. 64

65 Transport des gaz vers la périphérie : O 2 L Hémoglobine L hémoglobine est constituée de 4 sous unités appelées globines. Chaque sous unité ou globine est constitué : D un atome de fer Hème D une porphyrine D une chaîne protéique Éventuellement une petite molécule comme le CO, NO, ou O 2 Il existe 4 types de globines différentes : α, β, δ et γ La variation de la chaîne protéique, associé à un hème va former une molécule de globine particulière. C est sur l hème que va se fixer les molécules d oxygène, ou dans certaines circonstances d autres molécules comme le CO peuvent prendre la place de l oxygène, empêchant ainsi son transport par l hémoglobine. Si c est du CO qui se fixe sur l hème on appelle alors le complexe non plus l oxyhémoglobine mais la carboxyhémoglobine. 65

66 Transport des gaz vers la périphérie : O 2 L Hémoglobine Chez l adulte α et β forme un dimère αβ, 2 dimères forment une molécule d hémoglobine A. (95%) Hb A2 : 2 α et 2 δ (5%) Chez le fœtus Hb F : 2 α et 2 γ La combinaison deux par deux de chaines de globines (toujours avec au moins une chaîne alpha) va former une molécule d hémoglobine A si ce sont les chaînes alpha et beta qui se sont combinées. Cette forme d hémoglobine est la forme prédominante chez l adulte. Pour le fœtus, il existe une chaîne gamma qui disparait au fur et à mesure de la croissance qui permet de former l hémoglobine fœtale. 66

67 Transport des gaz vers la périphérie : O 2 Drépanocytose ou hémoglobinose S Mutation du gène de la chaîne β sur le chz 11 Hb S : α2β2s La forme déoxygénée de cette Hb S possède la propriété de se polymériser, entraînant une modification de la morphologie du GR, en forme de faux Ces GR déformés circulent plus difficilement à travers les capillaires. La drépanocytose est une maladie génétique dont l anomalie est une mutation du gène de la chaîne beta Ceci entraîne non plus la synthèse de chaîne beta mais de chaîne S, qui par combinaison avec la chaîne alpha va former l hémoglobine S. Cette hémoglobine S (anormale) a la propriété de se polymériser lorsque qu elle ne porte pas d oxygène. Les molécules d hémoglobines à l intérieur du globule rouge se polymérisant, elles vont entraîner une modification de la conformation du globule rouge qui prend une forme de faux, circulant difficilement dans les petits capillaires. 67

68 Transport des gaz vers la périphérie : O 2 Courbe de dissociation de l O 2 à l hémoglobine Saturation O 2 = O 2 combiné avec Hb x 100 Capacité en O 2 Saturation 100% 90% P0 2 Courbe de Barcroft La courbe de Barcroft ou courbe de dissociation de l oxygène à l hémoglobine décrit la saturation de l hémoglobine en oxygène en fonction de la PO 2 disponible. Capacité en O 2 : C est le volume d O 2 que peut lier au plus 100 ml de sang. 68

69 Transport des gaz vers la périphérie : O 2 Courbe de dissociation de l O 2 à l hémoglobine Saturation 100% 90% P0 2 En cas de diminution de la P alvéolaire en O 2, l hémoglobine reste saturée en O 2. La courbe de dissociation de l oxygène à l hémoglobine n est pas linéaire. Au-delà de 60 mmhg, elle s aplatit : cela veut dire que même pour de fortes progressions de la PO 2 la variation de la saturation est minime. Ainsi même si la pression alvéolaire en oxygène (normalement aux alentours de 100mmHg) chute, la saturation de l hémoglobine qui arrive au contact de l alvéole est préservée. Elle est préservée en tous les cas jusqu à ce que la pression alvéolaire atteigne 60 mmhg, en deçà, la saturation se met à chuter de manière importante. 69

70 Transport des gaz vers la périphérie : O 2 Courbe de dissociation de l O 2 à l hémoglobine Saturation 100% 90% P0 2 Les tissus périphériques peuvent prélever de grandes quantité d O 2, pour une faible diminution de la PO 2. Ce maintien de la PO 2 aide à la diffusion de l O 2 dans les cellules. En deçà de 60 mmhg, la saturation en oxygène de l hémoglobine chute. Cela veut dire qu en deçà de 60 mmhg, l hémoglobine a tendance à «libérer» son oxygène favorisant le prélèvement par les tissus de l oxygène transporté dans le sang. La PO 2 tissulaire normale se situe aux alentours de 50 à 60 mmhg. Donc pour de faibles variation de PO 2, une proportion importante d oxygène peut être libérée. Par conséquent, le sang qui arrive n a pas besoin de faire «chuter» sa PO 2 pour libérer son oxygène. Cela permet de maintenir un gradient en oxygène entre l intérieur du capillaire et la cellule au sein du tissu, afin de permettre la diffusion de l oxygène. 70

71 Transport des gaz vers la périphérie : O 2 Contenu sanguin en O 2 CaO 2 = O 2 lié à l Hb + O 2 dissous CaO 2 = 1,39 x [ Hb ] x Sat O 2 + PO 2 x 0,003 Pouvoir oxyphorique de l Hb : Volume que peut fixer au plus chaque g d hémoglobine = 1,39 ml /g d Hb Capacité en O 2 : C est le volume d O 2 que peut lier au plus 100 ml de sang. si [ Hb ] = 15 g/dl (100 ml = 1 dl) Alors capacité en O 2 = 15 x 1,39 = 20,8 ml/dl Le contenu artériel en oxygène comporte donc la fraction liée à l hémoglobine et la fraction dissoute. La fraction liée = pouvoir oxyphorique de l hémoglobine x saturation en oxygène x concentration d hémoglobine dans le sang. La fraction dissoute = PO 2 x coefficient de dissolution de l oxygène dans le sang. 71

72 Transport des gaz vers la périphérie : O 2 Concentration, Saturation, Pression en O 2 Concentration en O 2 (ml/100ml) Hb = 20 g/dl Hb = 15 g/dl Hb = 10 g/dl 100% 50% 100% 50% 100% 50% Saturation en O P0 2 Il existe une différence importante entre concentration (= contenu) artériel en oxygène et la saturation en oxygène. Plus la concentration d hémoglobine sera élevé, plus la concentration en oxygène sera importante pour une même saturation. Une saturation à 100% de l hémoglobine ne signifie pas que l on soit capable d oxygéner correctement les tissus car la concentration (ou contenu) artériel en oxygène peut être bas, et donc insuffisant pour certaines demandes énergétiques. 72

73 Transport des gaz vers la périphérie : O 2 Courbe de dissociation de l O 2 à l hémoglobine Effet de l acidose, de la PCO 2, de la température. Saturation en O 2 (%) P0 2 Plusieurs facteurs peuvent influencer la dissociation de l oxygène de l hémoglobine : La température, l hypercapnie, l acidose, la concentration élevée en 2,3 DPG diminue la saturation en oxygène de l hémoglobine pour une même PO 2. 73

74 Transport des gaz vers la périphérie : O 2 Courbe de dissociation de l O 2 à l hémoglobine Pendant l exercice, le muscle est : Acide Hypercapnique Chaud Il tire bénéfice du relargage accru de l O 2. Moyen mnémotechnique pour l influence du ph, de la PCO2, de la température sur la dissociation de l oxygène de l hémoglobine. 74

75 Transport des gaz vers la périphérie : O 2 Monoxyde de carbone (HbCO) Saturation O 2 Saturation CO 100% 90% Le CO est 240 fois plus afin pour l Hb que l O P0 2 PCO D autres substances peuvent se fixer sur l hémoglobine : le CO qui possède une affinité très importante pour l hémoglobine. Il prend «la place» de l oxygène sur l hémoglobine. Le taux de carboxyhémoglobine «normal» est inférieur à 5% pour un non fumeur. Chez un fumeur il peut atteindre 10%... 75

76 Transport des gaz vers la périphérie : O 2 Monoxyde de carbone (HbCO) Concentration en O 2 (ml/100ml) Hb = 20 g/dl Hb = 15 g/dl HbCO = 33% Hb = 10 g/dl 100% 50% 100% 50% 100% 50% Saturation en O P0 2 Diminution de la concentration en O 2 lors d une intoxication au CO Déplacement de la courbe de saturation vers la gauche Pour un taux d hémoglobine normal. Comme le CO prend «la place» de l hémoglobine, la concentration en oxygène du sang s en trouve d autant diminuée. De plus la présence de carboxyhémoglobine déplace la courbe vers la gauche ; c est-à-dire que l hémoglobine relâche moins facilement l oxygène aggravant potentiellement l hypoxie tissulaire dans le cadre d intoxication au monoxyde de carbone. 76

77 Le gaz carbonique.

78 Transport des gaz : le CO 2 Le transport du gaz carbonique se fait sous 3 formes Dissous Sous forme de bicarbonate Lié aux protéines. Le CO 2 Dissous 20 fois plus soluble dans le sang que l O 2 10% du CO 2 dégagé au niveau pulmonaire est sous forme dissoute 78

79 1. Transport des gaz : le CO 2 AC Bicarbonates CO 2 + H 2 0 H 2 C0 3 H + + HCO 3-1 Cette réaction peut s effectuer dans le plasma mais elle est très lente. Dans le GR, elle est catalysée par une enzyme : l anhydrase carbonique, accélérant considérablement la vitesse de réaction La dissociation de l acide carbonique se fait rapidement, sans enzyme. Lorsque la concentration de ces bicarbonates augmente dans les GR, ils sortent par diffusion. Par contre la membrane étant peu perméable aux cations, H + reste dans le GR. Un ion Cl - pénètre pour conserver l électroneutralité. La transformation du CO 2 en ion bicarbonate HCO 3- fait intervenir une molécule d eau. Elle se fait spontanément de manière lente, ou alors rapidement lorsqu elle est catalysée par l anhydrase carbonique (AC) 79

80 Transport des gaz : le CO 2 Bicarbonates Effet Haldane AC CO 2 + H 2 0 H 2 C0 3 H + + HCO - 3 H + + HbO 2 H + Hb + O 2 L Hb réduite (sans O2), est un meilleur accepteur de proton que l HbO 2 La présence d Hb réduite dans le sang périphérique, permet une meilleure captation du CO 2 (par le globule rouge). Au niveau du poumon c est l inverse qui se produit : l oxygénation de l Hb facilite le relargage de CO2 dans le capillaire pulmonaire. Cette facilitation du transfert du CO2 par l oxygénation s appelle l effet Haldane En périphérie l hémoglobine va libérer son oxygène et se retrouver réduite. Cette hémoglobine réduite fixe plus facilement un proton que l hémoglobine oxydée (portant de l oxygène). La réaction de «transformation» de CO 2 en HCO 3 - va donc se retrouver «déséquilibrée» par la captation du H + par l hémoglobine. Comme il existe pour cette réaction un «déficit relatif» de H +, la réaction va tendre à activer la production de HCO 3 - et donc de H +. Cette réaction ayant lieu dans le globule rouge, celui-ci va «capter» le CO 2 dans sa périphérie pour pouvoir continuer à produire du HCO 3 -. On dit donc que la présence d hémoglobine réduite dans le sang périphérique permet une meilleure captation du CO 2. Au niveau du poumon c est l inverse qui se produit : l hémoglobine se «réoxygénant», va libérer un ion H + qui va de nouveau déséquilibrer la réaction (dans l autre sens cette fois) et permettre le relarguage du CO 2 à partir du HCO 3 - dans le capillaire pulmonaire où il pourra rejoindre ensuite l alvéole pulmonaire. 80

81 Transport des gaz : le CO 2 Bicarbonates : en périphérie Dissous CO 2 CO 2 CO 2 Dissous Anhydrase carbonique CO 2 + H 2 0 H 2 CO 3 HCO 3 - Effet Hamburger HCO H + HHb Cl - Cl - Na + K + Hb - O 2 O 2 O 2 O2 H H HbO2 Tissu Plasma Globule Rouge 81

82 Transport des gaz : le CO 2 Bicarbonates : au niveau pulmonaire Dissous CO 2 CO 2 CO 2 Dissous Anhydrase carbonique Effet Haldane CO 2 + H 2 0 H 2 CO 3 HCO 3 - Effet Hamburger HCO H + HHb Cl - Na + K + Hb - O 2 O 2 O 2 O2 H H Cl - HbO2 Alvéole Plasma Globule Rouge 82

83 Transport des gaz : le CO 2 Dérivés carbaminés. Les dérivés carbaminés sont formés par la combinaison de CO2 avec les groupes amines terminaux des protéines sanguines. La protéine la plus importante est la globine de l hémoglobine. Hémoglobine NH 2 + CO 2 Hémoglobine NH-COOH Carbamino-hémoglobine Les dérivés carbaminés sont une troisième forme, minoritaire, de transport du CO 2. Le CO 2 se fixe à la globine de l hémoglobine pour former la carbamino-hémoglobine à ne pas confondre avec la carboxy-hémoglobine. 83

84 Transport des gaz : le CO 2 Courbe de dissociation du CO 2 Artériel Veineux CO2 carbaminé Contenu en CO 2 CO2 sous forme HCO 3 - CO2 dissous PCO 2 (mmhg) Ces différentes courbes représentent le contenu ou concentration en CO 2 dans le sang, en fonction de la pco 2. La courbe la plus violette (la plus haute) représente le contenu en CO 2 pour du sang moins oxygéné. La courbe la plus bleu (la plus basse) représente le contenu en CO 2 pour du sang complètement saturé en oxygène. On constate que plus le sang est oxygéné, moins il peut transporter du CO 2 pour une PCO 2 donnée. Sur le côté, il est schématisé, la proportion de chaque «forme» de CO 2 dans le sang. On constate que le gaz carbonique est majoritairement transporté sous forme de bicarbonate. 84

85 Transport des gaz : le CO 2 Courbe de dissociation O 2 / CO 2 Contenu en O 2 ou en CO 2 (ml/100ml) 20 CO 2 O Après 80 mmhg la courbe d O2 s applatie. PO 2 ou PCO 2 Entre 20 et 100 mmhg la courbe de CO2 est presque linéaire. L hyperventilation réduit le contenu en CO2 mais ne modifie pas celui en O2. La courbe de CO 2 est quasiment linéaire entre 20 et 80 mmhg contrairement à celle d O 2. Toute augmentation ou diminution de PCO 2 (hypo ou hyperventilation) s accompagne d une variation linéaire de la concentration en CO 2. 85

86 86

87 Mécanique ventilatoire

88 Mécanique Ventilatoire Rappel : Muscles inspiratoires Principaux : Accessoires : Diaphragme, muscles intercostaux externe Sterno-cléïdo-mastoïdien Grand pectoral Scalènes 88

89 Expiration : phénomène passif Mécanique Ventilatoire Expiration forcée : Muscles intercostaux internes Muscles de la paroi abdominale Obliques (int, ext) Grands droits Transverse 89

90 Compliance/Élastance.

91 Mécanique Ventilatoire Propriétés élastiques du poumon. Compliance : Capacité d une structure à générer un volume pour une pression donnée Elle est exprimée en ml/cmh2o (C est l inverse de l élastance qui est une force s opposant à la distension). Le volume d une structure élastique va dépendre de sa compliance et de la pression transmurale qui y est appliquée. P1 P2 P transmurale = P1 P2 91

92 Mécanique Ventilatoire Propriétés élastiques du poumon. Courbe Pression-Volume Volume (l) 1 Expiration Inspiration Hystérésis -30 Pression autour du poumon L hystérésis est la différence de volume qui existe entre un poumon en inspiration et en expiration pour une même pression. À P = 0, il existe une petite quantité d air piégée dans le poumon par le collapsus des petites voies aériennes. Si on trace une courbe reliant pression et volume d un poumon à l inspiration, puis à l expiration on constate que ces courbes ne sont pas superposables. La courbe expiratoire se situe toujours au dessus de la courbe inspiratoire. C est-à-dire que en expiration pour une même pression, le volume sera toujours supérieur au volume en inspiration. Cette différence s appelle l hystérésis. En fait la pression nécessaire à l ouverture alvéolaire est supérieure à la pression nécessaire pour maintenir cette ouverture alvéolaire. À P = 0 le volume pulmonaire n est pas nul : il existe une petite quantité d air piégée par le collapsus des petites voies aériennes qui retient un certain volume. 92

93 Mécanique Ventilatoire Propriétés élastiques du poumon Compliance. Volume (l) 1-30 Pression autour du poumon La compliance du poumon correspond à la pente de la courbe pression/volume soit : C = V exprimée en ml/cmh 2 O P La compliance normale du poumon est d environ 200 ml/cmh 2 0 La compliance est la capacité que possède un poumon à générer un volume pour une pression donnée. C est l inverse de l élastance : E = 1/C 93

94 Mécanique Ventilatoire Propriétés élastiques du poumon Compliance. Les facteurs qui «génèrent» la compliance du poumon sont : Le volume du poumon Le tissu élastique de soutien La tension superficielle Force qui s applique sur une ligne imaginaire liée aux molécules (qui s attirent entre elles) composant le liquide : 94

95 Mécanique Ventilatoire Propriétés élastiques du poumon Compliance. Tension superficielle Les surfaces de la bulles se contractent, formant une sphère, engendrant une pression à l intérieur de la sphére. Loi de Laplace P = 4T r Pour une tension de surface égale dans 2 alvéoles de tailles différentes, la pression sera plus importante dans la petite alvéole entraînant un mouvement de gaz vers la grande alvéole. D où le rôle du surfactant pour une ventilation homogène! 95

96 Mécanique Ventilatoire Propriétés élastiques du poumon Compliance. Différences régionales de ventilation Volume (l) ,5 Pression autour du poumon Les différences régionales de ventilation sont expliquées par la pression intra pleurale et donc le gradient transpulmonaire qui règne dans la région concernée. Dans les zones ou le gradient est élevé (à l apex), les alvéoles sont distendues et leur compliance diminuée par rapport aux bases. La variation de volume pour une unité de pression sera donc moindre au sommet qu à la base. La base ventile mieux que le sommet. 96

97 Mécanique Ventilatoire Propriétés élastiques de la cage thoracique/du poumon. P = - 5 P = 0 P = 0 P = 0 P = 0 P = 0 Poumon Normal Pneumothorax La mise en évidence de la propriété élastique du système thoraco-pulmonaire se fait lors d un pneumothorax : Dans un poumon normal, il existe une dépression intra pleurale qui maintient le poumon à la paroi. En cas de rupture de l intégrité pleurale, le poumon se rétracte du fait de ses propriétés élastiques, et la cage thoracique s expend. 97

98 Mécanique Ventilatoire Propriétés élastiques de la cage thoracique. Le poumon à tendance à occuper le plus petit volume possible (sous une force de rétraction élastique). A l inverse, la cage thoracique a tendance à s aggrandir toujours plus (sous une force imposée par la forme des arcs costaux). Pour l ensemble poumon + paroi thoracique, ces deux forces s équilibrent à un volume pulmonaire appelé Capacité Résiduelle Fonctionnelle. 98

99 Mécanique Ventilatoire Propriétés élastiques de la cage thoracique. CPT VRI Inspiration CV Vt VRE CRF VR La capacité résiduelle fonctionnelle est le volume qui reste dans la cage thoracique après une expiration normale. Elle est constitué du volume de réserve expiratoire + le volume résiduel. 99

100 Mécanique Ventilatoire Propriétés élastiques de la cage thoracique. Le poumon à tendance à occuper le plus petit volume possible (sous une force de rétraction élastique). A l inverse, la cage thoracique a tendance à s aggrandir toujours plus (sous une force imposée par la forme des arcs costaux). Pour l ensemble poumon + paroi thoracique, ces deux forces s équilibrent à un volume pulmonaire appelé Capacité Résiduelle Fonctionnelle. Des volumes plus grands ou plus petits sont atteints par l action respective des muscles inspiratoires ou expiratoires. 100

101 Capacité Vitale % Mécanique Ventilatoire Propriétés élastiques de la cage thoracique Paroi thoracique au repos Système respiratoire au repos Pression des voies aériennes Cette courbe est la courbe de relaxation pression volume du poumon et de la cage thoracique. Elle illustre les propriétés élastiques du poumon et de la cage thoracique. Ces propriétés élastiques opposé (la cage tire vers l extérieur, le poumon vers l intérieur) s équilibre au niveau de la CRF. C est-à-dire que la somme des deux pressions (positive pour le poumon ou négative pour la cage thoracique dans les voies aériennes) est nulle. Si on inspire puis que l on bloque la cage thoracique à un certain volume, et que l on mesure la pression à l intérieur des voies aériennes celle-ci sera positive. Cette pression positive est liée au forces élastiques du poumon qui tendent à vouloir faire expirer et revenir à la CRF. A l inverse si à partir de la position de repos on expire, puis que l on bloque la cage thoracique et que l on mesure la pression à l intérieur des voies aériennes celle-ci sera négative. Cette pression négative est lié à la cage thoracique qui cherche à revenir à sa position de repos et donc à faire inspirer le patient. 101

102 Résistance/Conductance.

103 Mécanique Ventilatoire Résistance des voies aériennes Si un flux de gaz s écoule dans un tube, il existe une différence de pression entre l entrée et la sortie du tube. A bas débit, le flux est dit laminaire. P1 P2 P1 > P2 P = V x R R = 8.η.l πr 4 R = résistance au flux η : viscosité du fluide l : longueur du tube r 4 : rayon du tube La chute de pression entre l entrée et la sortie du tuyau est lié à la résistance à l écoulement du gaz dans le tube. Cette résistance est proportionnelle à la viscosité du fluide et la longueur du tube (plus le tube est long et plus le fluide est visqueux, plus les résistances seront élevées). Elle est inversement proportionnelle au rayon du tube (plus le diamètre est petit plus les résistances sont élevées à la puissance 4!!) 103

104 Mécanique Ventilatoire Résistance des voies aériennes A haut débit, le flux est dit turbulent La pression n est plus proportionnelle au débit, mais à son carré P = V² x K Dans un flux turbulent la viscosité devient moins importante, et la densité du fluide joue un rôle plus important. Du fait de la complexité de l arbre bronchique, la modélisation des résistances des voies aériennes est difficile. Sa mesure s effectue en faisant le rapport (pression à la bouche pression alvéolaire) / débit. 104

105 Mécanique Ventilatoire Résistance des voies aériennes Site principal de la résistance des voies aériennes Du fait de la division des voies respiratoires, la section cumulée (ou diamètre d écoulement du gaz) augmente. Les résistances diminuent donc au fur et à mesure des divisions. 105

106 Mécanique Ventilatoire Résistance des voies aériennes Facteurs déterminant la résistance des voies aériennes Volume pulmonaire Comme pour les capillaires pulmonaires, les bronches sont soutenues par la traction radiale du tissu pulmonaire Plus le volume pulmonaire est élevé, plus il s exerce une traction radiale du tissu pulmonaire sur les parois bronchiques et plus le diamètre augmente diminuant ainsi les résistances. Cond. = G = conductance ou inverse de la résistance ; G = 1/R 106

107 Mécanique Ventilatoire Résistance des voies aériennes Facteurs déterminant la résistance des voies aériennes 1. Volume pulmonaire 2. Muscles lisses bronchiques Sous le contrôle du système nerveux autonome Parasympathique : bronchoconstricteur Sympathique : bronchodilatateur La diminution de la PCO 2 entraîne des R 3. Densité-viscosité du gaz inspiré 4. Compression dynamique des voies aériennes 107

108 Mécanique Ventilatoire Equation du mouvement Pression résistive Pression élastique Pmusc = RV(t) + V(t)/C + P 0

109 Mécanique Ventilatoire Compression dynamique des voies aériennes Débit Courbe Débit-Volume DEP Expiration Volume Inspiration Sur une courbe débit volume, il existe pour un certains volume un débit maximal qu il est impossible de dépasser. Cette limite est expliquée par la compression dynamique des voies aériennes. 109

110 Mécanique Ventilatoire Compression dynamique des voies aériennes Expiration forcée à différents volumes exprimés en % de la capacité vitale 110

111 Mécanique Ventilatoire Compression dynamique des voies aériennes Expiration Normale 0 cmh Lors d une expiration passive, les forces élastiques du poumon, le retour en place du diaphragme et de la cage thoracique génère une pression positive à l intérieur des voies aériennes et donc un gradient avec l atmosphère permettant une vidange alvéolaire. Ce débit de vidange alvéolaire va dépendre des propriétés élastiques du poumon et des résistances liée à l écoulement du gaz dans les bronches. 111