LICENCE STAPS Marseille/Gap. S2 - UNITE 3 PHY O51 Physiologie des grandes fonctions (I) -14CM + 8h TD-

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1 Année universitaire LICENCE STAPS Marseille/Gap S2 - UNITE 3 PHY O51 Physiologie des grandes fonctions (I) -14CM + 8h TD- Enseignante pour les CM: Joëlle Barthèlemy

2 CHAPITRE 2 LE SYSTEME RESPIRATOIRE

3 Les systèmes cardiovasculaire et respiratoire assurent ensemble une fourniture efficace d oxygène aux tissus en même temps qu ils permettent l élimination du dioxyde de carbone. Ce transport implique au moins 4 processus distincts : 1/ La ventilation pulmonaire I. INTRODUCTION 2/ La diffusion alvéolo olo-capillaire 3/ Le transport des gaz 4/ Les échanges gazeux périphp riphériquesriques

4 I. INTRODUCTION II. LA VENTILATION PULMONAIRE

5 A.Anatomo-physiologie du système respiratoire : les organes de la respiration nez bouche 1/ Nez + fosses nasales 2/ Pharynx épiglotte 3/ Larynx 4/ Trachée 5/ Arborisation bronchique bronches bronchioles 7/ Poumons 6/ Alvéoles

6 Anatomie des voies aériennes a supérieures : de l entrl entrée e (nez ou bouche) jusqu au larynx 1/ Nez et fosses nasales cavité nasale épiglotte pharynx larynx trachée bronche poumon droit 2/ Pharynx diaphragme cavité pleurale poumon gauche

7 Anatomie des voies aériennes a inférieures : du larynx aux alvéoles

8 3/ Le larynx 3/ Le larynx : structure complexe formée d éléments cartilagineux et de tissus musculaire

9 4/ La trachée : constituée d arceaux de cartilage 5/ L arborisation L bronchique La trachée se sépare en 2 bronches principales ou primaires ou souches qui pénètrent chacune dans un poumon. Dans les poumons, elles se subdivisent en multipliant leurs ramifications. bronchioles terminales (environ 1 million) C est l arborisation bronchique

10 Les propriétés anatomo-physiologiques des organes de la zone de conduction (du nez aux bronchioles) leur confèrent différentes fonctions parmi lesquelles : la conduction de l air, son réchauffement ou son refroidissement, son humidification, son épuration. Épithélium cilié des bronches et de la trachée

11 6/ Les alvéoles Les bronchioles terminales se terminent par des sacs alvéolaires dont la paroi présente de minuscules renflements sphériques : les alvéoles

12 La paroi alvéolo olo-capillaire

13 Les alvéoles = Lieu des échanges gazeux.

14 Une surface considérable offerte aux échanges gazeux. Surface totale = environ celle d un terrain de tennis

15 7/ Les poumons Les 2 poumons sont logés et suspendus dans la cage thoracique. Ils comportent les voies respiratoires inférieures et du tissu conjonctif élastique : le stroma. Le stroma Ils sont divisés en lobes : 3 pour le droit, 2 pour le gauche. Poumon droit 3 lobes Poumon gauche 2 lobes

16 Chaque poumon est entouré par une cavité : cavité pleurale, délimitée par une membrane : la plèvre, remplie de liquide Cavité pleurale remplie de liquide

17 Les poumons comportent 2 types de circulation : La circulation pulmonaire assure le transfert et le transport des gaz.

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19 La circulation bronchique

20 I. INTRODUCTION II. LA VENTILATION A. Anatomo-physiologie du système respiratoire : les organes de la respiration B. La mécanique m respiratoire

21 B. La mécanique m respiratoire 1. Principes régissant l écoulement des gaz 1/ Loi de Boyle-Mariotte : à température constante, la pression d un gaz est inversement proportionnelle à son volume 2/ Les variations de volume variations de pression 3/ Les gaz s écoulent des zones de haute pression vers les zones de basse pression jusqu à équilibre des pressions

22 2. Inspiration: processus actif Variation de la profondeur et de la hauteur Variation de la largeur

23 3. Expiration calme : processus passif Variation de la profondeur et de la hauteur Variation de la largeur

24 Lors de l inspiration l et de l expiration l profondes ou forcées, d autres muscles sont impliqués

25 III. LES ECHANGES DE GAZ A. But Les échanges de gaz permettent : entre les poumons et le sang 1/ de restaurer la concentration en oxygène du sang à destination des différents organes 2/ d éliminer le dioxyde de carbone provenant du sang veineux de la circulation systémique entre les tissus et le sang 1/ d approvisionner les tissus en oxygène 2/ d éliminer le dioxyde de carbone qu ils produisent

26 B. Les mécanismes qui régissent les échanges de gaz La pression partielle des gaz 1/ Pression Totale d un mélange de gaz = somme des pressions partielles des constituants du mélange. 2/ Pression Partielle (mmhg) = % du gaz dans le mélange x Pression totale (mmhg)

27 L air que nous respirons est un mélange de gaz : - 78,6% d azote (inerte) - 20,9 % d oxygène - 0,04% de gaz carbonique + vapeur d eau + quantités négligeables d autres gaz (argon, hélium ) Pression totale du mélange m = pression atmosphérique soit 760 mmhg P atm O 2 = 21% x 760 = 159 mmhg P atm CO 2 =0,04% x 760 = 0,3 mmhg

28 Pour chaque gaz, la différence de pression partielle entre 2 compartiments engendre un gradient de pression. P p O 2 P p O 2 P p CO 2 P p CO 2

29 B. Les échanges gazeux alvéolo-capillaires 1. La membrane ou barrière alvéolo capillaire Au niveau des poumons, les échanges de gaz se font au travers de la membrane alvéolo-capillaire. Alvéole

30 2. Les échanges d O 2 Sang en provenance des tissus PO 2 = 40 mm Hg Capillaire pulmonaire Sang à destination des tissus PO 2 = 105 mm Hg O 2 Alvéole PO 2 = 105 mm Hg P atm O 2 =159 mmhg

31 3. Les échanges de CO 2 Sang en provenance des tissus PCO 2 = 45mm Hg Capillaire pulmonaire Sang à destination des tissus PCO 2 = 40 mm Hg CO 2 Alvéole PCO 2 = 40 mm Hg PatmCO 2 = 0,3 mmhg

32 4. La capacité de diffusion de l O 2 dans les poumons Vitesse de diffusion de l O 2 de l alvéole vers le sang Au repos : 25 ml/min/mmhg A l exercice : 60 ml/min/mmhg pour 1 consommation d O 2 de 4 litres 100 ml/min/mmhg pour 1 consommation d O 2 de 6 litres grâce au couplage ventilation et perfusion

33 C. Les échanges gazeux au niveaux des tissus 1. Les échanges d O 2 et 2. Les échanges de CO 2

34 Bilan

35 Au niveau des poumons: O 2 (13,9kPa) sang (5,3kPa) CO 2 (6kPa) alvéoles (5,3kPa) Rapport kpa et mmhg : 7.5 Au niveau des tissus: O 2 (13,9kPa) cellules (< 5,3kPa) CO 2 (>6kPa) sang (5,3kPa)

36 3. La DAV O 2 Au repos ml O 2 pour 100 ml de sang 20 ml O 2 pour 100 ml de sang CaO 2 -CvO 2 : 4-5ml O 2 pour 100 ml de sang

37 CHAPITRE 2 LE SYSTEME RESPIRATOIRE I. INTRODUCTION II. LA VENTILATION III. LES ECHANGES DE GAZ IV. LE TRANSPORT DES GAZ

38 1. Le transport de l oxygène - Sous forme dissoute dans le plasma : 2 à 5 % (peu car l oxygène se dissout mal dans l eau) - Sous forme combinée à l hémoglobine (Hb) dans les globules rouges (majoritaire : 95 à 98%)

39 La vitesse à laquelle l Hb capte ou libère l oxygène dépend de plusieurs facteurs. Rôle de la pression partielle en oxygène

40 Effets de la PCO 2 et du ph sur la courbe de dissociation de l hémoglobine

41 Rôle de la température

42 2. Le transport du gaz carbonique - Sous forme dissoute dans l eau : ~7 %. C est cette forme qui détermine la pression partielle en gaz carbonique du sang. - Sous forme liée à Hb : ~ 23 % Hb + CO 2 HbCO 2 [carb(amino)hémoglobine]

43 -Sous forme d ions hydrogénocarbonates (HCO3 - ) : ~ 70% Anhydrase carbonique CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 Acide carbonique H 2 CO 3 H + + HCO 3 - Ion bicarbonate [CO 2 ] sang ==> [H 2 CO 3 ] ==> ph [CO 2 ] sang ==> [H 2 CO 3 ] ==> ph

44 Au niveau des tissus Acide carbonique instable H + + HbO 2 HHb + O 2 cellules Effet Bohr

45 Au niveau des tissus

46 Au niveau des poumons

47 CHAPITRE 2 LE SYSTEME RESPIRATOIRE I. INTRODUCTION II. LA VENTILATION III. LES ECHANGES DE GAZ IV. LE TRANSPORT DES GAZ V. LES PARAMETRES DE LA VENTILATION

48 1. La ventilation statique Spirogramme VC 500 ml VRI 3100 ml VRE 1200 ml VR 1200 ml CVF = Capacité Vitale Fonctionnelle = VC+VRI+VRE = 4800 ml CP = Capacité Pulmonaire (totale) = VC+VRI+VRE+VR = 6000ml CRF = Capacité Résiduelle Fonctionnelle= VRE+VR=2400 ml

49 1. La ventilation statique 2. La ventilation dynamique Ventilation maximale par minute Au repos : * chez un individu adulte sain : 160 L/min chez un homme 110 L/min chez une femme *chez un athlète entraîné la Vmax peut atteindre 400 L/min (VRI+VRE>>>) A l effort: les individus n atteignent, même pour des exercices très intenses, que 65-75% de leur Vmax

50 Débit ventilatoire C est la ventilation par minute c est à dire le volume d air déplacé par unité de temps. VE = Fr x VC Au repos : environ 6 L/min (12*0,5) A l effort: il est d autant plus élevé que l intensité de l exercice est importante Il varie aussi au cours de l anticipation et de la récupération.

51 Le débit ventilatoire maximal est aussi fonction: de la capacité vitale, de l état de santé, des dimensions corporelles (taille, poids, surface cutanée), de l âge, du niveau d entraînement * L/min chez le sujet non entraîné (40-45*3,5) *240 L/min chez le sujet entraîné (60*4)

52 *fréquence respiratoire Au repos : resp/min A l effort : avec l intensité de l exercice : resp/min, jusqu à 60 chez l entraîné *volume courant Au repos : 500ml A l effort : jusqu à 65-75% de la capacité vitale (4,8l) soit environ 3,5l et même + de 4l chez l entraîné VE = Fr x VC Repos Activité modérée Activité intense

53 *débit ventilatoire et consommation d oxygène VE proportionnellement à la consommation d O 2 jusqu à * 60% environ de la capacité maximale d effort pour les sujets non entraînés * 80% pour les entraînés Au-delà, VE augmente plus que VO 2 : l hyperventilation rend la respiration peu économique

54 CHAPITRE 2 LE SYSTEME RESPIRATOIRE I. INTRODUCTION II. LA VENTILATION III. LES ECHANGES DE GAZ IV. LE TRANSPORT DES GAZ V. LES PARAMETRES DE LA VENTILATION VI. LA REGULATION DE LA VENTILATION

55 1. Mécanismes nerveux de la respiration La respiration repose sur l activité de neurones situés au niveau du tronc cérébral (bulbe rachidien + pont). Ces neurones sont organisés en groupes, disposés en réseaux avec un générateur central du rythme respiratoire.

56 Au niveau du bulbe rachidien Les neurones du générateur central du rythme respiratoire se dépolarisent en spontanément de manière rythmique.

57 Au niveau du pont Le centre apneustique activation du centre inspiratoire Le centre pneumotaxique inhibition du centre inspiratoire inhibition du centre apneustique

58 2. Facteurs influençant la respiration L activité des neurones des centres respiratoires du tronc cérébral est modulée par des stimuli de différentes natures: mécanique, chimique et nerveuse la respiration peut s ajuster parfaitement aux besoins de l organisme.

59 Parmi les facteurs qui influencent l amplitude et la fréquence respiratoires : Réflexes déclenchés par des agents irritants

60 Réflexe de Hering-Breuer Des récepteurs de tension, appelés mécanorécepteurs, localisés au niveau des alvéoles, assurent une rétroaction négative sur le centre respiratoire.

61 Parmi les facteurs qui influencent l amplitude et la fréquence respiratoires : Réflexes déclenchés par des agents irritants Réflexe de Hering-Breuer Influence des centres nerveux supérieurs

62 Influence des centres nerveux supérieurs (suite) Modifier sa respiration pour parler, siffler, chanter ou la bloquer volontairement implique la communication des centres corticaux avec les neurones du centre inspiratoire et/ou directement avec les muscles respiratoires. Centres corticaux

63 Parmi les facteurs qui influencent l amplitude et la fréquence respiratoires : Réflexes déclenchés par des agents irritants Réflexe de Hering-Breuer Influence des centres nerveux supérieurs Facteurs chimiques Les variations des concentrations, dans le sang artériel, de différents paramètres chimiques sont détectées par des chimio- ou chémo- récepteurs périphériques (carotidiens et aortiques/plasma) et centraux (cerveau/lcr) qui sont à l origine de modifications de l amplitude et de la fréquence respiratoires.

64 Facteurs chimiques Influence de la pression partielle du gaz carbonique Les chémorécepteurs centraux Quand la PCO 2 artérielle, le CO 2 traverse la barrière hémato-encéphalique assez rapidement et active les chémorécepteurs centraux ==> hyperventilation qui élimine le gaz carbonique, évitant ainsi une du ph.

65 Inversement: [CO 2 ] sang ==> [H 2 CO 3 ] ==> ph ==> ventilation pulmonaire : hypoventilation pouvant aller jusqu à l apnée

66 L action des chémorécepteurs centraux est complétée par celle des chémorécepteurs périphériques présents au niveau de la crosse de l aorte et des carotides. Influence du ph Acidose ==> ph ==> Stimulation du centre respiratoire pour éliminer l acide carbonique du sang sous forme de CO 2 et H 2 O Inversement ph ==> Inhibition du centre respiratoire

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68 Influence de la pression partielle de l oxygène PO 2 (hypoxie) ==> ventilation (hyperventilation) ==> capture O 2 ==> PO 2 mais aussi élimination CO 2 ==> PCO 2 (hypocapnie) ==> ph ==> hypoventilation

69 Autres facteurs de contrôle - Le cortex moteur qui provoque une augmentation anticipatrice du débit ventilatoire. - Les afférences d origine musculaire, tendineuse et articulaire qui stimulent les centres respiratoires au début de l effort. - L augmentation de la température corporelle qui stimule directement les neurones du centre respiratoire, notamment lors d un exercice prolongé.

70 Bilan