Ventilation pulmonaire : inspiration et expiration. Processus entièrement mécanique : variations de volume. variations de pression

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1 II- mécanique générale de la ventilation Ventilation pulmonaire : inspiration et expiration Processus entièrement mécanique : variations de volume variations de pression écoulement des gaz. loi de Boyle-Mariotte P1.V1 = P2.V2 47

2 Mécanique générale de la ventilation Certains animaux : Ventilation active L air est poussé dans les poumons par les mouvements de la bouche. Ex. grenouille Chez les mammifères : respiration à tension L augmentation de volume de la cage thoracique crée une dépression qui aspire l air dans les poumons. 48

3 Mécanique générale de la ventilation Trachée Poumon Cage thoracique Diaphragme 49

4 Pression dans la cavité thoracique les pressions inspiratoires sont toujours exprimées par rapport à la pression atmosphérique. Exemple :! pression de - 4 mmhg! inférieure de 4 mmhg à la pression atmosphérique! = 756 mmhg! Une pression respiratoire de 0 est égale à la pression atmosphérique. 50

5 La pression intra-alvéolaire : s'équilibre toujours avec la pression atmosphérique. La pression intra-pleurale : - 4 mmhg! Pression négative : poumon est tiré, maintenu dilaté.! Accroché à la cage thoracique! Mouvement cage thoracique : mouvement de l air 51

6 Si la pression pleurale était positive Poumon force sur la cage thoracique Cycle respiratoire impossible 52

7 Les muscles respiratoires 53

8 Le diaphragme le plus important est le diaphragme : - capacité oxydative très importante - 75% de fibres résistantes à la fatigue. - vascularisation très importante. 54

9 Insertion du diaphragme Contient 2 parties: - Une partie musculaire périphérique - Une partie tendineuse centrale S insère: en avant sur le xiphoïde sternale latéralement sur les 6 dernières côtes en arrière sur les vertèbres lombaires L1-L2-L3 Innervation: Nerf Phrénique 55

10 Les muscles intercostaux ICE = Insp ICI = exp forcée 56

11 Les muscles respiratoires accessoires Les scalènes Sterno-cleïdo-mastoïdiens 57

12 Les muscles respiratoires accessoires Pectoraux, grand dentelés, trapèzes, sous claviers 58

13 Les muscles respiratoires accessoires Les muscles abdominaux Muscles expiratoires mis en jeu lors de l expiration forcée 59

14 Les variations de pression pendant la respiration Amplitude de la respiration Pression intrapulmonaire Pression intrapleurale 60

15 Inspiration Inspiration : " processus actif " contraction des muscles respiratoires - le diaphragme se contracte, il s'abaisse - la hauteur de la cage thoracique augmente -les muscles intercostaux se contractent : # élève la cage thoracique et pousse le sternum en avant # augmente le diamètre de la cage thoracique le volume de la cage thoracique augmente 61

16 Inspiration Au repos le diaphragme est relâché Contraction du diaphragme : volume thoracique augmente 62

17 Inspiration active Expiration passive 63

18 l augmentation du volume de la cage thoracique! Pression loi pression/volume : la pression alvéolaire diminue l'air pénètre dans les poumons. 64

19 Force motrice :! Muscles respiratoires Forces résistantes :! Résistance des voies aériennes à l écoulement de l air! Élasticité du système! Inertie du système 65

20 Expiration L'expiration est un processus passif : relâchement des muscles respiratoires Relâchement des muscles respiratoire:! le système respiratoire revient sur lui-même! volume de la cage thoracique diminue! la pression augmente l'air sort des poumons 66

21 Expiration Relaxation du diaphragme : volume thoracique diminue 67

22 Force motrice :! Élasticité du système poumon-thorax Forces résistantes :! Résistance des voies aériennes à l écoulement de l air! Inertie du système 68

23 69

24 70

25 Les volumes et débits respiratoires Méthode de mesure 71

26 La courbe obtenue: temps/volume (ml)

27 Volume courant (V C, V T ) Capacité vitale (CV) Volume de réserve inspiratoire (VRI) Volume de réserve expiratoire (VRE) Volume résiduel (VR) 500 ml 4800 ml 3100 ml 1200 ml 1200 ml Quantité d'air inspirée ou expirée à chaque respiration au repos Quantité maximale d'air qui peut être expirée après un effort inspiratoire maximal Quantité d'air qui peut être inspirée avec un effort après une inspiration courante Quantité d'air qui peut être expirée avec un effort après une expiration courante Quantité d'air qui reste dans les poumons après une expiration forcée 73

28 Capacité inspiratoire (CI) Capacité résiduelle fonctionnelle (CRF) Capacité pulmonaire totale (CPT) 3600 ml 2400 ml 6000 ml Quantité maximale d'air qui peut être inspirée après une expiration normale CI = Vc + VRI Volume d'air qui reste dans les poumons après une expiration courante : CRF = VR + VRE Quantité maximale d'air contenue dans les poumons après une inspiration maximale : CPT = VC + VRI + VRE + VR 74

29 Les débits repos La ventilation VE (l/min) = V T (l) x F R(min -1 ) temps exercice Homme adulte repos: VE = 0,5 x 12 = 6 l.min -1 Homme adulte exercice: VE = 1,5 x 30 = 45 l.min -1 VE max = 140 l.min -1 " V T et " F R 75

30 L air inspiré n arrive pas en totalité aux alvéoles Volume mort anatomique (VMA) - volume d air contenu dans la zone de conduction de l arbre respiratoire. non utile à l hématose $ VMA 150 ml chez l adulte Volume mort physiologique (VMP) - VMA + volume mort alvéolaire (alvéoles peu ou pas perfusées) $ normalement négligeable Chez les sujets avec des atteintes pulmonaires, VMP > VMA (problème d échanges) 76

31 VEMS : volume maximal expiré pendant la première seconde d une expiration forcée Début de l expiration Début de l expiration 1 sec 1 sec VEMS = 1,53 l (45% de CV) V T VEMS =4,03 l (84% de CV) Normal Obstruction (asthme) 77 77

32 Les échanges gazeux 1ère lettre P : pression V : volume V : débits F : fraction 2ème lettre : indique le lieu A : alvéole a : sang artériel v : sang veineux I : air inspiré PAO 2 : pression partielle de l oxygène dans l air alvéolaire 78

33 Loi de Dalton 1) La pression totale exercée par un mélange de gaz = somme des pressions exercées par chacun des constituants. P atmos. = P Atm O 2 + P Atm CO 2 + P Atm N + P Atm H 2 O 2) La pression partielle de chaque gaz, est directement proportionnelle à la fraction du gaz dans le mélange. 79

34 80

35 Loi de Henry Passage d'un gaz entre deux compartiments : du milieu où le gaz a la plus forte pression partielle vers le compartiment où il a la plus faible pression partielle. 81

36 Composition des gaz dans les voies aériennes supérieures Dans les voies aériennes, l air inspiré est saturé en vapeur d'eau : PIO 2 = FIO 2 x (P atm - PH 2 O) PH 2 O estimé à 42 mmhg PIO 2 = 0,209 x (760-42) = 150 mmhg 82

37 Composition des gaz alvéolaires PAO 2 < PIO $ pourquoi? A cause de l air qui reste piégé dans la zone de conduction (Volume = 150 ml chez l adulte) du poumon à la fin d une expiration.. PAO 2 = 104 mmhg PACO 2 = 40 mmhg 83

38 Importance de la ventilation alvéolaire V A = (V T V D ) x f R V E = V T x f R VE 1 = 0,6 x 10 = 6 l/min VE 2 = 0,2 x 30 = 6 l/min VA = VE - (V D x f R ) V D : volume de l'espace mort = 0,15 ml VA 1 = 6 - (0,15 x 10) = 4,5 l/min VA 2 = 6 -(0,15 x 30) = 1,5 l/min VE est la même, mais pas la VA 84

39 Différences régionales de ventilation Comme pour les débits, meilleur ventilation dans les zones inférieures / zones supérieurs du poumon. Méthode au xénon-133 radioactif : West JB

40 La ventilation alvéolaire et la pression partielle des gaz alvéolaires Le CO 2 P A CO 2 = VCO 2 V A.K constante L O 2 VO2= VI FIO2 -VE FEO2 P A O 2 = PIO2- (VO2.K) VA 86

41 Le quotient respiratoire QR = VCO2 VO2 87

42 La diffusion alvéolo-capillaire Elle dépend : O 2 - de la surface de diffusion - de l'épaisseur de la membrane de diffusion - constante de diffusion (D) 88

43 La diffusion alvéolo-capillaire Déterminé par l équation de Fick : D = coefficient de diffusion S = surface de l aire de diffusion dp = gradient de pression E = Epaisseur de la membrane Pour l O 2 :. VO 2 = DO 2 x (PAO 2 -PVO 2 ) x S/E 89

44 Les échanges entre les alvéoles et le plasma sanguin Air atmosphérique Air alvéolaire Capillaires sanguins pulmonaires PO mmhg 104 mmhg 40 mmhg PCO 2 0,3 mmhg 40 mmhg 45 mmhg 90

45 91

46 La surface de diffusion PvO 2 = 40 mmhg le rapport ventilation/perfusion VA/Q.. VA PAO2 = 104 mmhg. Q PaO 2 =? mmhg Idéal :.. VA = Q 92

47 93

48 Le rapport ventilation perfusion Rapports VA/Q et échanges gazeux : relation PCO 2 et PO 2. 94

49 VA VA Q Q En réalité la distribution de VA et Q est hétérogène Échanges gazeux non optimaux dans certaines zones PaO 2 < PAO 2 Relation PCO 2 et PO 2 en fonction des régions pulmonaires 95

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