1. plan
1. la respiration Introduction
– rôle de l ’oxygène dans l ’organisme
2. l ’appareil respiratoire
– description de ses composants
3. les paramètres pulmonaires
4. Les échanges gazeux
– Lois physique des gaz
5. Genèse du rythme
6. Contrôle de la ventilation
7. Facteurs qui influencent la ventilation
– Hypoxie
8. conclusion
3. La respiration
• Terme général qui inclut 2
processus
– la respiration externe (l ’organisme
entier)
• absorption d ’oxygène
• rejet de CO2
– la respiration interne (au niveau
cellulaire)
• utilisation d ’oxygène
• production de CO2
4. La respiration externe est responsable de la
transformation du sang désoxygéné qui arrive
du cœur droit en sang oxygéné qui retourne au
cœur gauche
La respiration externe
5. La respiration interne
• La respiration interne implique
les échanges d'oxygène et de
gaz carbonique entre les
capillaires systémiques et les
cellules des tissus.
6. Rôle de l’oxygène dans
l’organisme
Passage de l’oxygène de l’atmosphère à la
mitochondrie :
série d’étapes ordonnées faisant intervenir des
fonctions et des structures différentes (fig..1).
le système respiratoire
le système circulatoire
l’équilibre au sein de l’organisme entre l’apport d ’O2 et
l’élimination de CO2
de transport de l’oxygène
les poumons,
le coeur,
deux circuits de diffusion passive,
Dans chaque tissu, toute modification (baisse ou
augmentation) de la pression partielle d’oxygène affecte
les capacités de la mitochondrie à synthétiser de
l’ATP. Il est aussi important de souligner qu’un certain
nombre de protéines du métabolisme enzymatique utilise
l’oxygène moléculaire comme co-facteur au cours de leur
fonctionnement.
7.
8. Principes de la physiologie
respiratoire
1. La ventilation est indispensable a l’entretien de la
vie
2. L’organisme consomme de l’O2 et produit du CO2;
il est le siège d’un phénomène analogue a la
combustion des corps inanimés; cette combustion
est a l’origine de la chaleur animale.
1. La chaleur animale provient de l’oxydation des
substances organiques
2. L’azote n’est pas a proprement perle un gaz
respiratoire
3. Le siège des oxydations se trouve dans les
cellules: la circulation du sang assure le transport
d’O2 et du CO2 entre les poumons et les tissus, le
sang ayant la propriété de fixer et de libérer
rapidement de grandes quantité de ces gaz
4. L’intensité des échanges gazeux et de la dépense
d’énergie est variable
5. L’intensité des échanges gazeux est déterminée
par les besoins de l’organisme
6. Le régime de fonctionnement des appareils
ventilatoire et circulatoire est réglé en fonction
des besoins d’échanges gazeux de l’organisme
10. Appareil ventilatoire
• Organes d ’échange gazeux : les
poumons
• une pompe qui ventile les
poumons :
– cavité thoracique
– les muscles respiratoires
• augmentation ou diminution de la taille
de la cavité thoracique
– région centrale (SNC) : groupes
cellulaires (neurones) contrôlant les
muscles
– fibres nerveuses entre les centres
et les muscles
11. Anatomie des poumons
• Entre la trachée et les sacs alvéolaires, les
conduits se divisent 23 fois.
– Les 16 premières générations : zone de
conduit des gaz dans les deux sens. Cette
zone est constituée des bronches, des
bronchioles et des terminaisons des
bronchioles.
– Les 7 générations restantes représentent une
zone respiratoire et de transition : échanges
gazeux. Cette zone est constituée de :
bronchioles respiratoires, conduits alvéolaires
et des alvéoles.
Espace mort
anatomique
Volume: 0.150 L
Zone respiratoire
Volume: 3 L
12. • Ces divisions multiples augmentent de façon très
importante la surface pulmonaire : 2 cm2 au niveau
de la trachée et 11 800 cm2 au niveau des
alvéoles. En conséquence la vitesse du flux des
gaz dans les alvéoles est beaucoup plus lente.
• L ’homme possède 300 millions d ’alvéoles et la
surface totale d ’échange (les 2 poumons) est de
70m2.
• Les alvéoles sont entourées par des capillaires
pulmonaires. La plupart du temps, la barrière entre
l ’air et le sang des capillaires est extrêmement
fine.
• La paroi des alvéoles est constituée de 2 types de cellules épithéliales :
– les cellules de type I : elles sont plates et possèdent de larges
extensions cytoplasmiques. Ce sont les cellules primaires de la
lignée.
– Les cellules de type II : elles sont plus épaisses et possèdent des
inclusions cytoplasmiques (pneumocytes à granules). Elles
sécrètent le surfactant.
• Le surfactant:
• Il existe d ’autres types de cellules épithéliales, mais également
des macrophages, des lymphocytes, des mastocytes
(contiennent héparine, divers lipides, de l ’histamine et des
polypeptides). Ces mastocytes sont impliqués dans les
réactions allergiques.
13. • Voies nasales
• pharynx : l ’air y est
réchauffé, saturé en eau
• trachée
• les bronches
• les bronchioles
• les conduits alvéolaires
• les sacs alvéolaires
Mucus: impuretés sont phagocytées sur
place par les macrophages et/ou
ramenées vers la trachée par les cils de
l’épithélium cilié: expectoration ou
ingestion. Vitesse:1cm/min. battement des
cils :12-20 fois par s. Production de mucus
de 10 à 100ml par jour (tabagisme). La
stimulation est vagale
Surfactant:
20. Les paramètres
ventilatoires
• Il est possible d ’étudier quantitativement la ventilation
pulmonaire par mesure des volumes et des débits de
gaz échangés par un sujet. Spirographes et
pneumotachographes permettent de relever les
paramètres spirographiques, le pneumotachographe
permettant de mesurer les débits instantannés.
• La fréquence respiratoire (FR)
Elle varie en fonction de :
l ’état du sujet (repos, activité modérée, forte…)
la température ambiante (augmente avec Ta)
l ’âge (14-18.min-1 pour un adulte et entre 45-50.min-1
pour le nourrisson)
le sexe (féminin > masculin)
l ’espèce : elle est inversement proportionnelle à la
taille
LES VOLUMES MOBILISABLES
Ils sont mesurable par spirométrie directe
• Le volume courant : VT
C ’est le volume d ’air mobilisé au cours d ’un cycle
respiratoire normal (inspiration-expiration). Sa valeur
moyenne est de 0.5l chez un homme au repos ; elle
augmente avec le débit ventilatoire.
• Le volume de réserve inspiratoire (VRI)
C ’est le volume maximum d ’air qu’un sujet peut inspirer en
plus d ’un volume courant lors d ’une inspiration forcée.
21. La valeur moyenne de VRI est d ’environ 2,5l, mais le VRI
dépend de la constitution physique du sujet.
• Le volume de réserve expiratoire : VRE
C ’est le volume maximum d ’air que le sujet peut encore
expirer en plus de VT à la fin d ’une expiration normale,
c ’est à dire en réalisant une expiration forcée. Sa valeur
est inférieure à celle du VRI (environ 1,5l).
• Le volume résiduel : VR
C ’est le volume de gaz (non mobilisable) restant dans
l ’appareil respiratoire à la fin d ’une expiration forcée.
Sa valeur varie selon les caractéristiques du sujet. Le
volume résiduel ne peut être déterminé par spirométrie
directe, il est mesuré par des techniques (indirectes) de
dilution de gaz non respiratoires (azote ou hélium) en
circuit ouvert ou fermé.
l ’âge :
le sexe : féminin < masculin
la taille :
LES CAPACITÉS
Elles sont définies à partir des volumes respiratoires
• La capacité vitale : CV
CV = VT + VRI + VRE
Elle correspond au volume maximum d ’air qu’un sujet peut
mobiliser au cours d ’un cycle respiratoire forcé. La
capacité vitale varie selon :
l ’âge :
le sexe : féminin < masculin
la taille :
Pour ce paramètre important, il existe des tables de valeurs
théoriques en fonction de ces trois données.
22. En pathologie, une diminution de la capacité vitale par rapport aux
valeurs des tables constitue un trouble ventilatoire restrictif.
• La capacité inspiratoire : CI
CI = VT + VRI
• La capacité expiratoire : CE
CE = VT + VRE
• La capacité résiduelle fonctionnelle : CRF
CRF = VRE + VR
Elle représente le volume d ’air vicié restant dans l ’appareil
respiratoire à la fin d ’une expiration courante normale (calme).
• La capacité pulmonaire totale : CT ou CPT
CT = CV + VR
Elle représente le volume d ’air total que l ’appareil ventilatoire peut
contenir.
LES DÉBITS VENTILATOIRES : !
• Débit moyen (VM = DM, en l/min)
C ’est le volume d ’air ventilé en moyenne en une minute chez un
sujet calme au repos. Chez un sujet normal, !M varie entre 5
et 8l.min-1. Connaissant le VT et la fréquence respiratoire FR
VM = VT × FR
• Débit ventilatoire maximal : VMM ou DVM en l/min
Le débit ventilatoire maximal est mesuré en faisant respirer le sujet
le plus rapidement possible avec un VT optimal. Cette épreuve,
très fatigante, ne doit pas dépasser une durée de 30 secondes.
Sa valeur au repos est de 90l/min. (au minimum) chez un sujet
normal. Il faut souligner qu ’à l ’exercice, le débit maximum peut
atteindre 150l/min. et même plus de 200l/min. chez certains
sportifs entraînés.
23. • Débit expiratoire maximal : DEM ou VEM
1) la !EMS est le volume d ’air qui peut être expiré pendant
la première seconde (l/sec.) d ’une expiration forcée
suivant une inspiration forcée.
La valeur absolue du !EMS varie avec les caractéristiques
morphologiques du sujet
Il est aussi possible de définir le coefficient de
TIFFENEAU :
= VEMS /CV × 100
Ce rapport est normalement supérieur à 75%. Toute baisse
de ce coefficient au dessous de 70% caractérise un
trouble ventilatoire obstructif (freinage expiratoire). Ce
type de trouble s ’observe lors d ’affections respiratoires
comme l ’asthme et la bronchite chronique grave.
2) la partie la plus significative du DEM (l/s) se situe dans la
partie moyenne de la courbe débit = f(V). En effet, le
débit expiratoire maximal moyen ou DEM 75-25% est
réduit en cas de bronchospasme. Au début de
l ’expiration maximale (DEM 100-75), les bronches
dilatées offrent une moindre résistance à l ’expiration
que le sujet soit sain ou pathologique, et en fin
d ’expiration la DEM 25-0 est toujours basse.
24. CONSOMMATION D’OXYGÈNE DE REPOS
C ’est la quantité d ’oxygène que le sujet a utilisée pour ses besoins
métaboliques (dépenses énergétique). Dans les conditions de
repos cette VO2 est de l ’ordre de 0,20-0,30 l STPD O2/min. pour
un sujet moyen de 1,70m et 70kg.
La VO2 augmente avec :
la surface corporelle
la baisse de température
l ’émotion
l ’activité musculaire
MODIFICATIONS ET TROUBLES VENTILATOIRES
Selon les modifications de FR et de VT, on définit :
la respiration eupnéique : lorsque la respiration est normale
la polypnée : augmentation de VT et de FR
la tachypnée : augmentation de la FR seulement
l’apnée : arrêt de la respiration
la bradypnée : diminution de la FR seulement
la dyspnée : difficulté à respirer. Elle peut être inspiratoire
(dyspnée laryngée) ou expiratoire (asthme, emphysème).
3 types d ’anomalies ventilatoires peuvent être observées :
les troubles obstructifs
Ils sont définis par :
une capacité vitale normale
un débit d ’expiration maximale la première seconde (VEMS ) <
VEMS théorique et coefficient de TIFFENEAU < 0,75
volume résiduel (VR) >> VR théorique
capacité pulmonaire totale normale
un rapport VR/CPT augmenté
25. les troubles restrictifs
ils sont définis par
une capacité vitale inférieur aux valeurs théoriques
un débit d ’expiration maximale la première seconde (VEMS ) <
VEMS théorique
mais le coefficient de TIFFENEAU est normal
volume résiduel (VR) < VR théorique
capacité pulmonaire totale < aux valeurs normales
un rapport VR/CPT normal
Ce sont les cas d ’exclusion fonctionnelle : une partie du
parenchyme pulmonaire participe mal ou pas aux échanges
(emphysème, atélectasie).
Ce sont les cas de limitation de l ’expansion pulmonaire :
déformation osseuse, douleurs thoraciques (fracture des côtes),
trouble neuromusculaire (poliomyélite, myasthénie, gêne
diaphragmatique, pleurésie….).
Les troubles mixtes
Dans ce cas, VEMS , CV et CPT diminuent, mais cette diminution de
VEMS est la plus forte, d ’où TIFFENEAU <0,7 ; enfin, VR et VR/
CPT sont augmentées.
30. La pression partielle des
gaz de l'air
• Nous savons que l'air est constitué à
78,6% d'azote, ce qui représente : PN2 = 597,4 mm Hg
20,9% d'oxygène, ce qui représente : PO2 = 158,8 mm Hg
0,04% de gaz carbonique, ce qui représente : PCO2 = 0,3 mm Hg
0,06% d'autres gaz ce qui représente : Pautres gaz = 0,5 mm Hg
0,4% d'eau, ce qui représente : PH2O = 3,0 mm Hg
• Ce sont ces pressions partielles qui vont déterminer
le déplacement de l'oxygène et du gaz carbonique
entre les alvéoles pulmonaires et les capillaires
sanguins.
31.
32. La vitesse des
échanges dépend
• 1. Les différences de pressions partielles des
gaz
• PO2 au niveau de la mer = 159 mm Hg
• PO2 à 3075 m = 110 mm Hg
• PO2 à 6 100 m = 73 mm Hg
Les changements de pression atmosphérique en
altitude.
L'exercice physique qui augmente le taux de gaz
carbonique et diminue le taux d'oxygène dans le
sang.
Certains médicaments comme la morphine
ralentissent la ventilation.
• 2. La surface disponible pour les échanges
gazeux
la destruction des parois alvéolaires dans
l'emphysème par exemple diminue de façon
significative la surface disponible aux échanges.
• 3. La distance de diffusion
la présence de liquide dans le milieu interstitiel
lors de l'œdème pulmonaire par exemple
augmente la distance de diffusion.
• 4. La solubilité et masse moléculaire des gaz
le gaz carbonique diffuse 20 fois plus rapidement
que l'oxygène ce qui fait par exemple que dans les
cas d'emphysème ou d'œdème pulmonaire
l'hypoxie se manifeste plus rapidement que
l'hypercapnie
34. Le transport de
l'oxygène
• L'oxygène étant un gaz peu soluble
dans le plasma, lorsque les pressions
partielles alvéolaire et plasmatique
s'égalisent, il y a plus de molécules
d'O2 par unité de volume dans l'air que
dans le plasma. Autrement dit, à
volume égal, le plasma contient
beaucoup moins de molécules
d'oxygène que l'air.
– Dans des conditions normales, 100 ml d'air
contiennent 21 ml d'O2 alors que dans les
mêmes conditions, 100 ml de plasma n'en
contiennent que 0,03 ml. Ce qui
correspond à 1,5% de l'oxygène total
transporté par le sang.
• La majorité de l'oxygène dans le
plasma (98,5%) se retrouve donc
combinée à l'hémoglobine des
globules rouges.
35. Les réserves d’oxygène
O2 “libre”dans le sang: 4 à 5 ml
O2 fixé à l’hémoglobine: ½ litre
dans les alvéoles
dans les tissus (myoglobine) ≅ 50 ml
au total
réserve totale ≅ 1.5 litre 1 à 2
minutes d’apnée
si exercice: dette d’O2
36. La molécule
d'hémoglobine
Chaque érythrocyte contient quelques
300 millions de molécules
d'hémoglobine et chacune d'entre elle
peut transporter 4 molécules d'oxygène,
une pour chaque atome de fer qu'elle
contient.
Comme on retrouve entre 4 à 6 millions
d'érythrocytes par microlitre de sang, la
possibilité de transport d'oxygène est
importante.
37. Liaison et dissociation
de l'O2 à l'Hb
• Plus la pression partielle en oxygène est grande
plus les molécules d'oxygène se lient à
l'hémoglobine et plus celle-ci est saturée.
• Notez que l'Hb reste saturée à 75% quand la PO2
est de 40 mm Hg, soit la PO2 moyenne des
cellules au repos.
• Les cellules disposent ainsi d'une bonne
réserve d'oxygène rapidement disponible pour
une augmentation rapide de leur activité
38. L'effet du pH sur la
dissociation de l'Hb
• Plus l'acidité augmente, plus l'Hb se
dissocie de l'oxygène.
• Ainsi, comme les cellules
produisent de grande quantité
d'acide lactique et d'acide
carbonique (CO2 + H2O ⇔ H2CO3 )
lors de leur activité, la libération
d'oxygène est ainsi facilitée.
39. L'effet de la PCO2 sur
la dissociation de l'Hb
• Plus la proportion de gaz carbonique
augmente dans le sang plus l'Hb
relâche l'oxygène.
• Ainsi, plus l'activité des cellules
augmente, plus elles ont d'oxygène à
leur disposition pour la combustion et
la production d'énergie.
40. L'effet de la température
sur la dissociation de l'Hb
• Plus la température du sang augmente et
plus l'Hb relâche l'oxygène.
• Comme les réactions de combustion
produisent non seulement l'ATP nécessaire
à l'activité des cellules mais aussi de la
chaleur, toute augmentation d'activité
permet le relâchement d'une plus grande
quantité d'oxygène vers les cellules
41. Le transport du gaz
carbonique
• Le gaz carbonique est transporté sous
trois formes principales:
– 1. Environ 7% sous forme dissoute
– 2. Environ 23% sous forme de composés
carbaminés ( il se lie aux acides aminés et
aux protéines plasmatiques)
– 3. Environ 70% sous forme d'ions
bicarbonate selon l'équation suivante:
CO2 +H2O H2CO3 H+ + HCO3
-
42. Le monoxyde de
carbone
• Le monoxyde de carbone (CO) est un sous-
produit de la combustion de matières qui
contiennent du carbone tels le charbon, le
gaz naturel et le bois.
• L'hémoglobine a une affinité 200 fois plus
grande pour le monoxyde de carbone que
pour l'oxygène
• Il suffit ainsi d'une concentration de 0,1%
de CO dans l'air pour que 50% des
molécules d'hémoglobine se lient avec ce
dernier réduisant ainsi le transport
d'oxygène vers les cellules.
