3. Physiologie de la ventilation : mécanique ventilatoire, débits, volumes, capacités respiratoires, régulation

3. Physiologie de la ventilation : mécanique ventilatoire, débits, volumes, capacités respiratoires, régulation

§ La ventilation est à l'origine d'échanges gazeux entre les alvéoles et l'air ambiant; elle implique qu'il existe un gradient de pression entre les alvéoles et l'atmosphère.
§ La pression atmosphérique ou barométrique (PB) est prise comme référence et considérée comme = 0 cm H2O.
§ La pression alvéolaire (PA) est, en l'absence de mouvement d'air, égale à la pression atmosphérique alors que la pression intra-pleurale qui s'exerce autour du poumon est d'environ - 5 cm H2O.

I- mécanique ventilatoire :
§ la ventilation pulmonaire est assurée par les mouvements d’ampliation et de retrait de la cage thoracique.
§ ce fait en 2 temps
A- l’inspiration :
§ active, automatique et sous contrôle nerveux.
§ Lors de l'inspiration :
o l'ensemble poumon/paroi thoraco-abdominale s'agrandit.
o Cette augmentation de volume (V) est associée à une diminution de pression P puisque le produit P x V est constant (Loi de Boyle).
o La pression alvéolaire diminue donc, et un gradient de pression s'établit entre l'atmosphère et les alvéoles, permettant à l'air d'entrer dans le poumon.
§ A la fin de l'inspiration : la pression alvéolaire s'équilibre avec la pression barométrique, interrompant l'entrée d'air dans le poumon.
§ en respiration calme : seul le diaphragme qui intervient.
- muscle digastrique en forme de coupole
- sa contraction entraîne un abaissement du centre phrénique qui conduit à un agrandissement de l'axe vertical du thorax et une surélévation des arcs costaux inférieurs qui conduit à un agrandissement des diamètres antéro-postérieur et transverse du 1/3 inférieur du thorax.
- le contrôle nerveux est assuré par les nerfs phréniques
- assure les 2/3 tu travail inspiratoire.
§ en respiration forcée il y a recrutement des muscles accessoires principalement les muscles intercostaux externes :
- forment des faisceaux parallèles obliques en bas et en avant entre les arcs costaux.
- leur contraction entraîne une horizontalisation des côtes et ainsi un agrandissement des diamètres antéro-postérieur et transverse du thorax.
- ils participent aussi à la rigidité de la paroi thoracique.
B- l’expiration :
§ L'expiration est passive en respiration calme, due
o à l'élasticité propre du thorax et de l'abdomen (30%)
o et à la tension des liquides recouvrant bronches et alvéoles (70%).
§ active si la ventilation doit être accélérée, par exemple au cours de l'exercice musculaire. Elle est alors due à l'action des muscles expiratoires qui
o diminuent le volume thoracique (muscles intercostaux internes)
o et augmentent la pression abdominale (muscles de la paroi abdominale, principalement le muscle transverse).


II- débits :
1- volume expiratoire maximum seconde (VEMS)
§ volume expiré pendant la 1ère seconde d’une expiration profonde qui suit une inspiration forcée.
§ Il dépend de l’âge, du sexe, de la taille et du volume pulmonaire.
§ Quand le VEMS diminue cela traduit une obstruction
§ Le VEMS = 80% de la CV chez le sujet jeune, il diminue avec l’âge
§ coefficient de Tiffeneau = VEMS/CV .100 = 80%

2- volume inspiratoire maximum seconde (VIMS)
§ volume inspiré pendant la 1ère seconde d’une inspiration profonde qui suit une expiration forcée.
§ Intérêt dans les sténoses trachéales.

3- Le DEM :
§ ou débit expiratoire maximum : mesuré à des points de la courbe débit – volume ; entre 25 et 75 % de la CV
§ DEM 75 : explore les grosses bronches
§ DEM 50 : explore les bronches moyennes
§ DEM 25 : explore les petites bronches
§ Le DEM/CV.100 = 90%

4- débit expiratoire de pointe DEP
§ débit maximale maintenu pendant au moins 3 secondes au cours d’une expiration forcée rapides faisant suite à une inspiration forcée
§ Mesuré par le debimètre de pointe
§ Intérêt : surveillance de l’asthme

5- ventilation maximale minute : c’est la plus grande volume d’air qui peut être mobilisé en une minute
6- débit ventilatoire : volume d’air inspiré en une minute = Vt x FR = 0.5 x 16 = 8 l/min

III- volumes :
§ volume courant (Vt) : volume d’aire mobilisé par une expiration normale faisant suite à une inspiration normale = 500ml
§ volume de réserve inspiratoire (VRI) : volume d’aire mobilisé par une inspiration forcée faisant suite a une inspiration normale = 2 l
§ volume de réserve expiratoire (VRE) : volume d’aire mobilisé par une expiratoire forcée faisant suite a une expiratoire normale = 1,5 l
§ volume résiduel (VR) : volume d’air qui reste dans les poumons après une expiration forcée (volume non mobilisable, donc il n'est pas mesuré directement à l'aide d'un spiromètre, mais indirectement par dilution ou par pléthysmographie)

IV- capacités respiratoires :
§ capacité vitale (CV) : volume d’aire mobilisé par une expiratoire forcée faisant suite a une inspiratoire forcée, c'est-à-dire somme de VT + VRI + VRE
§ capacité inspiratoire (CI) : volume d’air maximale inspiré après expiration normale = Vt + VRI
§ capacité expiratoire (CE) = Vt + VRE
§ capacité résiduelle fonctionnelle (CRF) : volume qui reste dans les poumons après une expiration normale = VR + VRE
§ capacité pulmonaire totale (CPT) : volume contenue dans les poumons après une inspiration forcée = CV + VR

V- régulation :
Implique des centres respiratoires responsables de la genèse du rythme respiratoire, un système effecteur (muscles respiratoires) et des récepteurs périphériques qui informent les centres respiratoires.
A- Centres respiratoires et genèse du rythme respiratoire : 2 types
§ Centres bulbaires inspiratoire et expiratoire :
o le groupe respiratoire dorsal contrôle le diaphragme : responsable du rythme de base de la respiration
o et le groupe respiratoire ventral contrôle les muscles intercostaux et abdominaux.
§ Centre pneumotaxique :
o situé dans la protubérance.
o transmet les informations de l'hypothalamus vers les centres bulbaires,
o il accélère la fréquence respiratoire en réponse à l'émotion, la fièvre…

B- Contrôle par les mécanorécepteurs.
§ Récepteurs laryngo-trachéaux :
o stimulés par le contact de particules inhalées, gaz irritants ou sécrétions bronchiques,
o induisent une toux, une constriction laryngée ou bronchique et une hypertension artérielle.
§ Récepteurs bronchiques intra pulmonaires.
o sensibles à l'irritation
o induisent une constriction laryngée ou bronchique et une hyperpnée, mais pas de toux.
§ Récepteurs alvéolaires de type (J)
o sensibles à la pression du liquide interstitiel.
o leur stimulation suite à un oedème interstitiel entraîne une hyperventilation superficielle.
§ Récepteurs thoraciques.
o situés dans les articulations et dans les fuseaux neuromusculaires.
o permettent d'adapter la contraction des muscles inspiratoires à la charge.
o L'absence d'adaptation entraîne la dyspnée.
C- Contrôle par les chémorécepteurs
§ Chémorécepteurs centraux.
o proches des centres respiratoires bulbaires.
o sensibles à la PaCO2 et au pH du sang artériel et du LCR.
o Lorsque la PaCO2 ↑, CO2 diffuse dans le LCR et forme rapidement H2CO3 qui se dissocie en H+ et HCO3-, alors H+ stimule les chémorécepteurs et induit une hyperventilation réactionnelle.
§ Chémorécepteurs périphériques.
o détectent une ↓ de la PaO2
o situées au niveau de la division des artères carotides communes et de la crosse aortique.
§ Réponses ventilatoires au CO2 :
o l’↑ de la PaCO2 (hypercapnie) entraîne une hyperventilation alvéolaire,
o la ↓ de la PaCO2 (hypocapnie) entraîne une hypoventilation alvéolaire.
o pour une valeur normale de PaO2, la ventilation ↑ de 3 litres/min pour chaque élévation de 1mmHg de la PaCO2.
§ Réponses ventilatoires à l'O2 :
o la ↓ de la PaO2 au dessous de 60 mm Hg entraîne une hyperventilation alvéolaire,
o Alors que l’↑ de la PaO2 au dessus de 100 mm Hg n'affecte pas la ventilation
§ Réponses ventilatoires au pH :
o la ↓ du pH plasmatique (ex. acidocétose diabétique) entraîne une hyperventilation alvéolaire.
o fait intervenir les chémorécepteurs périphériques.

D- Contrôle par le cortex : contrôle volontaire de la ventilation.
VI- conclusion :
§ la ventilation est la 1ère étape de la respiration, elle renouvelle l’air des alvéoles.
§ Soumise à une régulation précise permettant de l’adapter aux besoins métaboliques.
§ l’étude des paramètres de la ventilation pulmonaire permet de distinguer 3 grands syndromes en pathologie :
o syndrome obstructif : asthme, bronchite chronique
- VEMS ↓
- CV normale
- Tiffeneau ↓↓
o syndrome restrictif :
- VEMS ↓
- CV ↓↓
- Tiffeneau normal
o syndrome mixte :
- VEMS ↓↓
- CV ↓
- Tiffeneau ↓↓