PHYSIOLOGIE RESPIRATOIRE

Bases et principesDr L. TUALSAR CHU Jean Verdier, Pr Gilles DHONNEURSMUR CH de Gonesse.www.airway-educ.org11/2006

Physiologie respiratoireObjectifs de lenseignement: Principes de

La physiologie, une matire indispensable

Les changes gazeux: Problmatique du Transport de lO2 et du CO2 de lorganisme unicellulaire lanimal du rgne suprieur.tape 1: convection ventilatoiretape 2 : diffusion alvolo-capillairetape 3 : convection circulatoiretape 4 : diffusion capillaro-cellulaire

Physiologie respiratoire

a. Anatomie des voies ariennes suprieures :

Taema

Le systme respiratoire

1 - Fosses nasales2 - Pharynx3 - Larynx4 - Trache5 - Bronches souches6 - Bronches7 - Bronchioles8 - Alvoles

ANATOMIE

1

Le systme respiratoire dmarre la bouche et au nez et il se termine avec les alvoles.Entre eux sont des passages gomtrie et structures variables.

Taema

Les voies ariennes suprieures

ANATOMIE

Fosses nasales

Pharynx

2

Les voies ariennes suprieures filtrent, rchauffent et humidifient les gaz inhals. Un premier filtrage grossier est effectu par les poils du nez. Le filtrage fin est assur par la muqueuse humide qui tapisse les voies ariennes menant aux poumons. Les particules, les germes et les poussires adhrent la muqueuse.Le pharynx est le lieu de passage commun de l'air et des aliments. Lorsque les aliments arrivent dans le pharynx, lpiglotte ferme le conduit destin au passage de l'air. Lorsque l'air passe dans le pharynx, l'piglotte reste ouverte.

Taema

Les voies ariennes suprieures

ANATOMIE

Larynx

Cordes vocales

Bronches

Trache

Eperontrachal

Bronchioles

3

Lsophage et le larynx partent tous deux du pharynx. Lsophage transporte les aliments jusqu' l'estomac.Le larynx est situ la base de la langue. L'piglotte recouvre le dessus du larynx. Les cordes vocales tant situes l'intrieur du larynx, cette zone est particulirement vulnrable lors de l'intubation. Elle peut s'enflammer et s'obstruer (aprs dtubage, allergies, infections).La trache part du larynx et mne aux poumons. Sa face interne est recouverte de poils microscopiques appels cils. Les cils assurent l'limination des scrtions (mucus), et des particules contenues dans les scrtions, en effectuant un mouvement de balayage en direction des voies ariennes suprieures, qui les fait remonter jusqu'au nez. La trache se compose de 20 anneaux de cartilage en forme de U, dont la rigidit les empche de s'affaisser. La trache se divise en deux branches. Le point de bifurcation s'appelle l'peron trachal.L'arbre bronchique se compose de deux bronches principales. Les bronches souches sont en cartilage. Les bronches se divisent 20 30 fois avant d'atteindre les alvoles. La face interne des bronches et des bronchioles est tapisse de cils. Les bronchioles sont renforces par des fibres lastiques et des muscles.

Taema

Les alvoles

ANATOMIE

Veinule pulmonaire

Artriole pulmonaire

Alvole

Canalalvolaire

Bronchioleterminale

6

Les voies ariennes menant aux alvoles sont appeles les bronchioles terminales. A cet endroit, elles n'ont qu'un millimtre de diamtre, elles ne sont plus tapisses de cils et elles ne contiennent pas de glandes mucus. Les bronchioles sont maintenues ouvertes grce aux muscles et aux forces de tension exerces par les tissus environnants.Les canaux alvolaires sont situs entre les bronchioles et les alvoles. Les canaux mnent aux culs-de-sac alvolaires qui contiennent des grappes d'alvoles.Le trajet des vaisseaux sanguins suit les ramifications des bronches et des bronchioles. Les changes gazeux s'effectuent au niveau des capillaires enfouis dans la paroi des alvoles.Les artrioles pulmonaires apportent le sang charg en dioxyde de carbone jusqu'aux poumons. Le sang passe dans les capillaires et le dioxyde de carbone diffuse travers la membrane de l'alvole. Le sang dans les capillaires se charge en oxygne prsent dans l'alvole et retourne vers le cur par les veinules pulmonaires.

Le systme circulatoireANATOMIE

La convection ventilatoire

La convection ventilatoireCalculs (VD = 150 ml)10 l/min = 10 x 1 = 10 x 0,15 + 10 x 0,85 = 1,5 + 8,510 l/min = 20 x 0,5 = 20 x 0,15 + 20 x 0,35 = 3 + 7

Physiologie respiratoireb. La mcanique ventilatoire :i. Forces lastiques, compliance, courbes pression-volume statiqueii. Forces rsistives, linarit, pressions et dbit

La convection ventilatoireLa mcanique ventilatoire :i. Inspiration: forces lastiques, compliance, courbes pression-volume statiqueii. Expiration: forces rsistives, linarit, pressions et dbits

Taema

Le thorax

ANATOMIE

Cavitspleurales

Mdiastin

Diaphragme

Sternum

Ctes

Vertbres

4

Le thorax est la structure osseuse protgeant le cur et les poumons. Les muscles fixs sur la cage thoracique lui permettent de se dilater et de se contracter pour faire circuler l'air dans les poumons. A l'avant du thorax se trouve le sternum, et l'arrire se trouvent les vertbres. Douze ctes situes de chaque cot du thorax relient le sternum aux vertbres.La cage thoracique comporte trois cavits : deux cavits pleurales contenant chacune un poumon, et le mdiastin l'intrieur duquel se trouvent le cur, et une partie de la trache et de lsophage.

Taema

Les poumons

ANATOMIE

Poumondroit

Lobes

Diaphragme

Poumongauche

5

La fonction de respiration est assure par les poumons. Les changes gazeux sont effectus dans les 300 millions d'alvoles, formant ensemble une surface de 50 100 m2.Le poumon droit est divis en trois lobes. Chaque lobe ressemble un ballon rempli de tissu spongieux. L'air entre et sort des lobes en passant dans les ramifications des bronches. Le poumon gauche est constitu de deux lobes.Le diaphragme est le muscle principal responsable de la respiration. Il forme le plancher de la cage thoracique. Lorsqu'il est relch, le diaphragme a la forme d'un dme. Les muscles situs entre les 7 ctes aident le diaphragme faire entrer et sortir l'air dans les poumons.

Mcanique inspiratoire 1 10 cm

Mcanique inspiratoireLquation des gaz parfaits:P1V1 = P2V2 = constanteSi V2 alors P2

La convection ventilatoireLa mcanique ventilatoire :i. Inspiration: forces lastiques, compliance, courbes pression-volume statiqueii. Expiration: forces rsistives, linarit, pressions et dbits

Mcanique expiratoireLors de lexpiration, les forces de rtraction pulmonaire sont suprieures celles de dilatation thoracique donc le volume du systme thoraco-pulmonaire diminueSi V2 alors P2

Physiologie respiratoireEn conclusion:Linspiration: active, vaincre les forces lastiquesLexpiration: passive, dpend des rsistances

Physiologie respiratoirec. Principaux dterminants de loxygnation artrielle :

i. P. baromtrique, FiO2

Taema

Latmosphre

GazTeneurPression partielleOxygne 20,95 %159,22mm Hg(20,9 kPa)Dioxyde de carbone 00,03 %000,228mm Hg(0,03 kPa)Azote78,08 %593,41mm Hg(78,1 kPa)Argon00,93 %007,07mm Hg(0,93 kPa)Pression partielle = % x pression atmosphrique

PHYSIOLOGIE

3

Pression atmosphrique EverestMt Blanc

Pressions en fonction altitude

760159

674141

596125

526110

46297

41687

40585

35474

30865

26756

23649

Pression atmosphrique

Pression inspire en oxygne

Altitude (m)

Pression atmosphrique (mmHg)

PiO2 (mmHg)

Pressions atmosph. et insp. en Oxygne en fonction de l'altitude

Feuil1

Altitude (m)Pression atmosphrique (mmHg)PiO2 (mmHg)

0760159

1000674141

2000596125

3000526110

400046297

480041687

500040585

600035474

700030865

800026756

884823649

Feuil2

Feuil3

Physiologie respiratoirec. Principaux dterminants de loxygnation artrielle :

ii. Ventilation Alvolaire ou 1re tape du transport par convection, PAO2 = (PB - PH2O) x FiO2 (PACO2/QR)

Physiologie respiratoirec. Principaux dterminants de loxygnation artrielle :

iii. La diffusion travers la membrane alvolo-capillaire ou 2me tape du transport

Taema

Membrane alvolaire capillaire

Capillaire

Alvole

PHYSIOLOGIE

O2

CO2

CO2

CO2

CO2

CO2

CO2

CO2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

CO2

CO2

CO2

CO2

CO2

CO2

CO2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

Membrane

2

Le transfert gazeux entre les alvoles et le sang se fait au travers la membrane alvolaire/capillaire. Le principe de transfert est la diffusion/passage grce un gradient en pression partielle de chacun des gaz.

La diffusion alvolo-capillaireDiffusion selon un gradient de pressionLa Loi de Fick:S=surface (50-100 m2), E=paisseur (0,5 m), D=cte de diff. et P1-P2 la diffrence de pression partielle.

Physiologie respiratoireDistribution ventilation-perfusioni. Espace mort :ii. Shunt :

Les changes gazeuxPHYSIOLOGIEHtrognit ventilation-perfusion; shunt et espace mortRapports ventilation-perfusion2Va 31VQ= 0VQ= 1. Alvole ventil mal perfus (effet espace mort). 2. Alvole perfus mal ventil (effet shunt).3. Alvole ventil et perfus (compartiment idal )

Les changes gazeuxPHYSIOLOGIEZONE de SHUNTZONE SILENCIEUSEUNITE NORMALEESPACE MORTABCDRAPPORT VENTILATION - PERFUSION

Physiologie respiratoirec. Principaux dterminants de loxygnation artrielle :

iv. Le shunt (QS/QT) physiologique

Physiologie respiratoired. Transport artriel en oxygne, ou 3me tape du transportTaO2 = Qc x CaO2CaO2 = x SaO2 x [Hb] + x PaO2 (mlO2.100ml-1 de sang)pouvoir oxyphorique de lHb : = 1,39 mlO2.gHb-1coefficient de solubilit de lO2 dans le plasma: = 0,003 mlO2.mmHg-1.100ml-1 plasma

Physiologie respiratoiree. Distribution priphriqueCourbe de dissociation de lHb

Physiologie respiratoiref.Les volumes pulmonairesCRF, VR, VT, VRI, VRE, CV

Taema

Volumes pulmonaires statiques

ANATOMIE

VRI

CI

VC

CPT

VRE

CRF

VR

Volumes (litres)

1

2

3

4

5

6

0

CV

Temps (sec.)

8

VC = volume courant (volume normalement inspir et expir chaque respiration)VRI = volume de rserve inspiratoire (volume inspir maximum en plus du VC)Cl = capacit inspiratoire (VRI + VC)VRE = volume de rserve expiratoire (volume maximum pouvant tre expir aprs chaque expiration normale du VC)VR = volume rsiduel (volume restant dans les poumons aprs expiration maximum)CRF = capacit rsiduelle fonctionnelle (VRE + VR) (volume restant dans les poumons aprs chaque expiration normale du VC)CV = capacit vitale (le volume maximum pouvant tre inspir aprs une expiration maximum)CPT = capacit pulmonaire totale

Physiologie respiratoireg. Les dbitsVEMS, rapport de Tiffeneau VEMS/CV

Physiologie respiratoireh. Rgulation de la respirationChmorcepteurs priphriques et centraux, centres ventilatoires, stimulus ventilatoires

Rgulation de la respirationLa ventilation du sujet sain: CO2!PaCO2 40 2 mmHgpH 7,40 0,02Lhypoxmie ? Un stimulus si PaO2 < 60 mmHg!

Physiologie respiratoireEt le CO2 ?4 tapes videmment, et cest sous forme de tampon bicarbonate que 90 % du CO2 retourne au poumon .

La physiologie du CO2Origine du CO2 limin : dissous (10%), sous forme de bicarbonate (60%) et dhmoglobine carbamine (30%).Loxydation de lHb (fixation dO2) facilite le re largage du CO2 (Effet Haldane).

Le capnogramme

BibliographiePhysiologie respiratoire. John B. WEST, ditions PradelPhysiopathologie respiratoire. John B. WEST, ditions PradelPhysiologie en anesthsiologie FEEA, ditions PradelExploration fonctionnelle pulmonaire. Jack WANGER, ditions MASSON-Williams & Wilkins

FIN

Principales pathologies respiratoiresPleuralePNO, Hmothorax, pleursieParenchymePneumopathiedme pulmonaire cardiognique ou lsionnelAtlectasieContusion pulmonaire

Principales pathologies respiratoiresPleuralePNO, Hmothorax, pleursieContexte, asymtrie thoracique/distension, tympanisme ou matitTTT: Exsuflation/drainage

Principales pathologies respiratoiresParenchymePneumopathiedme pulmonaire cardiognique ou lsionnelAtlectasieContusion pulmonaireContexte, T, ProBNP, GB, Rx thoraxTTT: ATB, Diurtiques, CPAP/VSAI, IOT/VM

Principales pathologies respiratoiresBronchiqueAsthmeBPCO/emphysmeVasculaire pulmonaireEmbolie pulmonaire

Principales pathologies respiratoiresBronchiqueAsthmeBPCOContexte, Auscultation, DEP, Rx Thorax, GDS

Physiopathologie respiratoireSyndrome obstructif : atteinte respiratoire due une limitation des dbits dans l'arbre bronchique (dfinition EFR) (le plus frquent)

Effet du tabac sur les voies ariennesCellules cilies trachales

Bronchiolite tabagique et ECLBronchiolite du fumeur avec fibrose de la paroi bronchiolaire, rupture des attaches alvolaires, et encombrement bronchique par le mucusBarnes PJ, N Engl J Med, 2000

Physiopathologie : BPCOObstruction:dme/inflammationMucusHyperactivit bronchiqueHypertrophie du muscle lisse pribronchiolaireFibrose et distorsionDestruction des fibres lastiques et perte des attaches alvolaires pribronchiolaires Barnes PJ, N Engl J Med, 2000/Willemse BW, Eur Respir J, 2004

Dfinition de la BPCOMaladie chronique et lentement progressive, caractrise par une diminution non compltement rversible des dbits ariens.Contexte, GDS, Rx ThoraxArosols, O2 contrle selon SPO2, kin, HBPM, renutrition, ATB, VNI, IOT/VMGOLD: NHLBI/WHO workshop report. NIH, 2001, 1-30/Rev Mal Respir, 2003, 4S10-4S13

Physiopathologie respiratoirea. Maladies obstructivesii. Asthme

AsthmeHRB!!!!!Inflammation,Bronchospasme, ScrtionContexte, DEP, GDS, Rx thorax

AsthmeContrle bronchospasme2 (Ventoline, bricanyl) corticodes inhals,Si gravit moyenne ou aigu grave: ipratropium (Atrovent), corticothrapie par voie gnrale prednisone 60 mg/j x 5 10j2 (Ventoline, bricanyl) au PSEParfois IOT/VM

Physiopathologie respiratoireSyndrome restrictif : atteinte respiratoire due une limitation de l'expansion pulmonaire : les volumes sont diminus

Physiopathologie respiratoireb. Maladies restrictivesi. Parenchyme pulmonaire(fibroses, Sarcodose, P. Hypersensibilit, Radiations, toxiques)ii. Plvre(PNO, p. liq., pachypleurite)

Physiopathologie respiratoireiii. Paroi thoracique (scoliose, spondyl. Ankylosante)iv.Maladies Neuromusculaires (S. Guillain-Barr, poliomylite, SLA, myasthnie, dystrophies musculaires)

Physiopathologie respiratoireInsuffisance Respiratoire Chronique (IRC) : atteinte respiratoire entranant une gne fonctionnelle chiffre par la dyspne (dfinition clinique) PaO2 < 60 mmHg en air ambiant (dfinition gazomtrique) Type I : PaCO2 < 50 mmHg Type II : PaCO2 > 50 mmHg

Physiopathologie respiratoireInsuffisance Respiratoire Chronique (IRC) : Traitement OLDPaO2 < 55 mmHg en air ambiant (dfinition gazomtrique) Au moins 15h /jObjectif PaO2>60mmHgMais aussi, bronchodilatateurs, kin, renutrition

Physiopathologie respiratoirec. Maladies vasculairesi. IVGii. EPiii. HTAP

Physiopathologie respiratoirec. Maladies vasculairesi. IVGdme interstitiel puis alvolaire, Pcap pulmonaire > 18 mmHg.Contexte, Auscultation, ProBNP, Rx Thorax, lasilix, vasodilatateurs, CPAP, IOT/VM

Physiopathologie respiratoirec. Maladies vasculairesii. EP

Lembolie pulmonaireOcclusion artrielle pulmonaire par migration de

GDS Hypoxmie + hypocapnie. 20 % des patients ont une PaO2 normale. Chez le sujet sain et en labsence de tableau de choc, la PaO2 est relativement corrle au pourcentage docclusion vasculaire.

Prise en chargeTout lever, toute marcheINTERDITSEscaliers: transport pieds en haut-tte en bas en cas de choc ou IC Droite...Le patient est dirig sur un hpital adapt la gravit.

Traitement Urgence ! (prvention des rcidives).Hparine sodique, dose curative (4000 UI en bolus puis 300 UI/kg/j), contrle TCA la 4ime heure.

Traitement Mesures symptomatiques : O2, lhypoxmie tant facile corriger VM (peut aggraver dysfonction VD). VT 7 ml/kg et PEP=0!!Remplissage modr 500 ml de collodes, surtout en cas de choc et avant IOT, VM.Dobutamine et noradrnaline, dans les tats de choc. Adrnaline (petites doses+++).

Traitement Fibrinolyse : EP graves et ACR (CI chirurgie rcente !).Si activit circulatoire: 100 mg en 2 heures, si ACR 50 mg en bolus.

Physiopathologie respiratoirec. Maladies vasculairesiii. HmoptysiesTuberculose, cancer, bronchectasies, EPUrgent si abondant: VVP, LVA = IOT slective, vasoconstricteurs = Glypressine, Fibro, artrio/embolisation, chirurgie

Physiopathologie respiratoired. Autres :Syndrome de dtresse respiratoire aigu (SDRA)Histologique : une lsion de la membrane alvolo-capillaire avec troubles de la permabilitRadiologique : opacits infiltratives diffuses bilatralesMcanique : chute de la CRF et de la compliance pulmonaireDes changes : hypoxmie par effet shunt avec rapport PaO2/FiO2 < 200 mmHg

Physiopathologie respiratoireHmodynamique : pression de filtration des capillaires pulmonaires, PAPO < 18 mmHgvolutif : tendance la fibroseNote : le syndrome de lsion pulmonaire aigu (ALI =Acute Lung Injury) ne se diffrentie du SDRA que par le rapport 200 < PaO2/FiO2 < 300 mmHg

SDRA TTT: IOT/VMVAC, VT = 6 ml/kg, FR 20-30, PEP 5 20 cmH2OI/E 1/3-1/4 Curares et sdation profonde DV Pas de NO sauf exception

Physiopathologie respiratoired. Autres :Syndrome dapnes du sommeil (SAS)

C'est un ensemble de signes en rapport avec des arrts respiratoires (apnes) et/ou des diminutions du flux respiratoire (hypopnes) pendant le sommeil, qui sont anormaux par leur nombre et leur dure.Le SAS est li la fermeture inopportune ou au rtrcissement excessif du pharynx pendant le sommeil.

Physiopathologie respiratoireLes causes du SAS sont diverses mais le plus souvent de nature obstructive.

Les consquences du SASAppauvrissement de l'organisme en oxygne, "mise en alerte du cerveau" qui va, pendant quelques secondes, occasionner un rveil plus ou moins conscient, acclration du rythme cardiaque.

Physiopathologie respiratoire

Traitementprincipalement par ventilation nasale en Pression Positive Continue (PPC).Chirurgie ORLPerte de poids

SAS: Traitement

11Le rapport entre le volume d'air passant dans les poumons (ventilation) et le volume de sang passant dans les vaisseaux entourant les poumons (perfusion) s'appelle le rapport ventilation - perfusion.Normalement, ce rapport est gal 0,8 (par exemple 8 litres de ventilation alvolaire pour 10 litres de sang).Ce rapport dpend de l'espace mort (volumes ventils mais non perfuss, par ex. les voies ariennes suprieures, embolie) et de la prsence de shunt (zones perfuses mais non ventiles, par ex. atlectasie).