novembre 16 H. TRABELSI

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1 PYSIOLOGIE DE LA RESPIRATION HAMDI TRABELSI

2 Introduction La respiration permet de: Fournirdel'oxygène:O 2 auxcellulesdel'organisme. Débarrasserl'organismedesdéchets:CO 2 Maintenir à un niveau normal les paramètres sanguins : PaO 2,PaCO 2 etph. 2

3 Introduction Le transport de l O2 et du CO2 dépendent de 4 processus distincts: La ventilation pulmonaire La diffusion alvéolo-capillaire Letransportdel'O 2 etduco 2 parlesang Le passage des gaz des capillaires vers les tissus(respiration cellulaire) En physiologie la respiration comprend deux processus séparés mais apparentés : la respiration externe et la respiration cellulaire 3

4 Introduction Anatomie de l appareil respiratoire chez l Homme L appareil respiratoire comprend: Les voies aériennes; Les poumons; Les composant de la cage thoracique responsable de l entrée d air dans les poumons et sa sortie hors d eux. 4

5 Introduction Anatomie de l appareil respiratoire chez l Homme Les voies aériennes Canalisation menant l air de l atmosphère jusqu aux alvéoles 1. Le nez (narines) 2. La bouche 3. Le pharynx 4. Le larynx 5. La trachée 6. Les deux bronches primaires (droite et gauche) qui rentre dans les poumons 7. Les bronchioles 8. Les bronchioles terminales puis des sacs alvéolaires. 9. Les alvéoles : sont les plus petites cavités aériennes où a lieu l échange de gaz entre l air et le sang (disposés en grappes). 5

6 Introduction Anatomie de l appareil respiratoire chez l Homme Les poumons Le poumon droit présente 3 lobes séparés par 2 scissures. Le poumon gauche présente 2 lobes séparés par une scissure. Les poumons sont entourés par une séreuse qui le protège. Cette séreuse est appelée la plèvre. Elle est constituée de deux feuillets: un feuillet pariétal(qui enveloppe la cavité thoracique). un feuillet viscéral(qui enveloppe le poumon) Entre ces deux feuillets, il y a la cavité pleurale qui est tapissée par un film liquidien (liquide pleural) qui va permettre le glissement et donc lesmouvementsdespoumonsverslehautetverslebas. 6

7 Introduction Anatomie de l appareil respiratoire chez l Homme 7

8 Introduction Anatomie de l appareil respiratoire chez l Homme Les alvéoles Cavités gonflables à paroi mince. Leur paroi est faite d une seule couche de cellules alvéolaire (pneumocytes de type et penumocytes de type II). Ladistancequiséparelegazalvéolairedusangestde0,5µm 300 millions alvéoles La surface totale de l interface entre le gaz alvéolaire et le sang capillaireest75m 2 8

9 Introduction Anatomie de l appareil respiratoire chez l Homme 9

10 Introduction Mécanique respiratoire Le gaz se déplace sous l effet d une différence de pression d une région de haute pression vers une région de basse pression inspiration = phénomène actif expiration = phénomène passif expiration forcée = phénomène actif 10

11 Introduction Mécanique respiratoire Muscles respiratoires : Muscles Respiratoires Inspiratoires (MRI) Muscles Respiratoires expiratoires (MRE) MRI : 1. Diaphragme 2. M. Intercostaux Externes 3. Scalènes 4. Sternocléidomastoïdiens MRE : 1. M. Intercostaux Internes 2. M. Abdominaux novembre 16 H. TRABELSI 11

12 Introduction Mécanique respiratoire L inspiration 12

13 Introduction Mécanique respiratoire L expiration 13

14 Introduction Mécanique respiratoire 14

15 Objectifs En prenant comme modèle d étude la respiration chez le lapin, les objectifs de la manipulation sont de: Etudier la respiration dans les conditions normales; Etudier certains mécanismes nerveux et hormonaux de régulation. 15

16 Matériel et méthodes Préparation de l animal Après avoir anesthésié l animal, on le fixe sur une table d opération face ventrale en haut (décubitus dorsal). On dégage le champ d opération allant de la mâchoire au sternum. Etape 2 On fait une incision de la peau au niveau la face ventrale du cou en suivant une ligne médiane et on la libère de ses adhérences conjonctives. Etape 3 De part et d autre de la ligne d incision on repère la veine jugulaire qui bifurque en deux branches du côté céphalique. Après avoir libérer cette veine de ces adhérences conjonctives on réalise une ligature serrée en amont de la bifurcation. On fait une incision en biseau au niveau de la veine et on y introduit un cathéter préalablement hépariné en directionducœuretonlafixeavecuneligaturefaite précédemment du côté cardiaque. 16

17 Etape 4 Préparation de l animal On injecte de l héparine dans le sang via le cathéter pour éviter une éventuelle coagulation du sang. Etape 5 Matériel et méthodes Pour dégager les nerfs X droit et gauche, on sépare les muscles sterno-hyoïdiens et sterno-maxillaires afin de repérer le paquet vasculo-nerveux formé par l artère carotide primitive et trois nerfs: le plus gros nerf est le nerf pneumogastrique, les deuxautresnerfsbeaucoupplusfinssontlenerfdecyonetlenerfsympathique cervical. Etape 6 On isole la trachée artère et on réalise une petite incision entre deux cartilages consécutifs et on y introduit la canule trachéale reliée au tambour de MAREY. Etape 7 On place le stylet de manomètre tangentiellement au cylindre enregistreur. 17

18 Matériel et méthodes Dispositif expérimental 18

19 Résultats Enregistrement de la respiration normale Enregistrement Analyse Le tracé montre une unité d activité qui se répète périodiquement. Chacune d elle est formée par deux phase : une phase ascendante qui correspond à l inspiration et une phase descendante qui correspond à une expiration. Cet enregistrement montre que les mouvements respiratoires sont rythmiques, les unités novembre d activité 16 se répètent selon une H. TRABELSI fréquence et sont caractérisées par19 une amplitude.

20 Résultats Inspirations Expiration Inspiration active Expiration passive 20

21 Résultats Réflexes respiratoires éventuels: rôle du nerf trijumeau (V) Excitation des fosses nasales Expérience On place un coton imbibé d éther sur les narines du lapin et on enregistre les mouvements respiratoires. Enregistrement 21

22 Résultats Réflexes respiratoires éventuels: rôle du nerf trijumeau (V) Excitation des fosses nasales Analyse L application d éther sur les fosses nasales provoque une diminution de l amplitude et de la fréquence des tracés. Cette diminution de la respiration est passagère et elle estsuivied unretouràlanormaleaprèslafindel excitation. Ce ralentissement des mouvements respiratoires ou hypoventilation est dû à l inhibition du centre respiratoire sous l effet du nerf trijumeau (V) qui donne la sensibilité à la muqueuse nasale et conduit des influx inhibiteurs. 22

23 Résultats Réflexes respiratoires éventuels: rôle du nerf trijumeau (V) Excitation de la peau de la face Expérience On place des morceaux de glace sur la peau de la face du lapin et enregistre les mouvements respiratoires. Enregistrement 23

24 Résultats Réflexes respiratoires éventuels: rôle du nerf trijumeau Excitation de la peau de la face Analyse L application du froid sur la peau de la face provoque une légère augmentation de l amplitude et de la fréquence des tracées : il s agit d une faible hyperventilation. L accélération des mouvements respiratoires s explique par le rôle stimulateur des filets cutanés du trijumeau qui stimulent les centres respiratoires. 24

25 Résultats Réflexes respiratoires éventuels: rôle des nerfs trijumeaux (V) froid sur la peau de la face hyperventilation. L application des vapeurs irritantes au niveau des fosses nasales Hypoventilation. Ces résultats montrent l existence de deux catégories de fibres dans lesnerfscrâniensv: Des fibres cutanées excitatrices; Des fibres inhibitrices qui prennent origine de la muqueuse nasale. 25

26 Résultats Réflexes respiratoires permanents: rôles des nerfs pneumogastriques Excitation du nerf X Enregistrement 26

27 Résultats Réflexes respiratoires permanents: rôles des nerfs pneumogastriques Excitation du nerf X Analyse Une stimulation électrique continue et de forte intensité (6V) du nerf X droit provoque un arrêt de la respiration. Cet arrêt est suivi par une reprise des mouvements respiratoires après la fin de la stimulation. Ce résultat montre que l influx nerveux véhiculé par les nerfs X vers les centres inspiratoires est un influx nerveux inhibiteur qui provoque un ralentissement de la respiration voire son arrêt lorsque la stimulation est assez forte. 27

28 Résultats Réflexes respiratoires permanents: rôles des nerfs pneumogastriques Section du nerf X droit Enregistrement Analyse La section du nerf X droit provoque une interruption de l expiration par une légère inspiration suivie par une expiration normale; il en résulte novembre un 16léger décalage dans le H. tracé. TRABELSI 28

29 Résultats Réflexes respiratoires permanents: rôles des nerfs pneumogastriques Excitation du BP du nerf X droit Enregistrement Analyse L excitation du bout périphérique (BP) du X droit est sans effet sur la respiration car les mouvements respiratoires conservent le même rythmeetlamêmeamplitude.on endéduitquelesnerfs Xnejouent pas le rôle de fibres motrices efférentes dans le contrôle de la 29 respiration.

30 Résultats Réflexes respiratoires permanents: rôles des nerfs pneumogastriques Excitation du BC du nerf X droit Enregistrement Analyse L excitation du bout central (BC) du nerf X droit induit une expiration. Les nerfs X sont jouent le rôle de fibres sensitives qui transmettent un influx nerveux afférent vers les centres respiratoires. Cet influx nerveux provoque une expiration, il s agit d un influx nerveux sensitif 30 inhibiteur.

31 Résultats Réflexes respiratoires permanents: rôles des nerfs pneumogastriques Section du nerf X gauche Enregistrement Analyse La section du nerf X gauche provoque une diminution de la fréquence des mouvements respiratoires et une augmentation de l amplitude de tracés. 31

32 Résultats Effet du CO 2 Enregistrement Analyse L augmentation du taux de CO2 dans l air inspiré provoque une hyperventilation qui dure aussi longtemps que dure l inhalation du mélange novembre 16 hypercapnique. H. TRABELSI 32

33 Résultats Modification de l équilibre acido-basiquedu sang Alcalose Enregistrement Analyse L injection intraveineuse de bicarbonate de sodium provoque une hypoventilation avec une diminution de la fréquence et de l amplitude desnovembre tracés. 16 H. TRABELSI 33

34 Résultats Modification de l équilibre acido-basiquedu sang Acidose Enregistrement Analyse L injection intraveineuse d une solution d acide lactique provoque une augmentation de l amplitude et de la fréquence des tracés : il s agit d une hyperventilation. 34

35 Explications Régulation nerveuse larégulationdelarespirationmetenjeu: les récepteurs : ils recueillent l information (=stimuli) et transmet l information. les centres respiratoires : ils coordonnent les informations reçues par les récepteurs et envoient des impulsions aux muscles respiratoires. Les effecteurs: ce sont les muscles respiratoires 35

36 Explications Régulation nerveuse Il existe trois centres respiratoires(au niveau du tronc cérébral): Le centre bulbaire Le centre apneustique Le centre pneumo taxique 36

37 Explications Régulation nerveuse 37

38 Explications Régulation nerveuse 38

39 Explications Régulation nerveuse 39

40 Explications Régulation nerveuse 40

41 Explications Régulation nerveuse 41

42 Explications Régulation nerveuse 42

43 Explications Régulation nerveuse 43

44 Explications Régulation nerveuse 44

45 Explications Régulation nerveuse 45

46 Explications Régulation nerveuse Réflexes respiratoires permanant: rôle des nerfs X Il existe un mécanisme nerveux qui informe constamment les centres respiratoires des conditions mécaniques de l appareil respiratoire. Ce mécanisme est un phénomène réflexe connu sous le nom du réflexe inhibiteur de Hering-Breuer. Les fibres du nerf pneumogastrique constituent la voie afférente de ce réflexe. Si on coupe les deux nerfs X, la ventilation devient plus ample et diminue de fréquence. Les fibres fagales afférentes prennent leur origine dans les mécanorécepteurs situés dans les poumons. Les informations véhiculées par le nerf X et qui sont d origine pulmonaire ont un effet inhibiteur sur les centres inspiratoires. 46