Les poumons

Le système respiratoire
Par : GUIGLIARELLI Alizée
LANDZBERG Paul
BROCK Cédric
CAPO Florence
MARTINEAU Fanny
PESENTI Yoann
I) Organisation de l’appareil
respiratoire

Voies aériennes supérieures: (extrathoracique)
nez, fosses nasales, pharynx, larynx
Voies aériennes conductrices: (intrathoracique)
Trachée, poumons, bronches
Cavité
nasale
Nez
Les poumons
Apex
Hile
Pneumothorax:
Le poumon se « dégonfle »
Les alvéoles pulmonaires

Nombreuses:
300 millions

Produisent les échanges
gazeux
Nombreuses: 300
millions
Produisent les échanges
gazeux
II) Action ventilatoire

La respiration comprend deux phases:

Inspiration: période pendant laquelle l’air entre
dans les poumons

Expiration: période pendant laquelle les gaz
sortent des poumons
Inspiration:
Contraction du diaphragme :
-
volume thoracique
-Dépression dans les poumons
-Entrée d’air
Expiration:
Relaxation du diaphragme
-
Volume thoracique
-Rétraction des poumons
Pression et expulsion
d’air
1: Sternocleidomastoidiens
2: Scalènes
3: Intercostaux externes
4: Interchondraux
5: Diaphragme
6: Intercostaux internes
7: Abdominaux
Ventilation de
repos
Insp
Exp
Hyperventilation Hyperventilation
Diaphragme
++
+++
+++
Intercostaux
-ext et para
-internes
+
++
++
Scalènes
+
Sterno-cléidomastoïdiens
Abdominaux
Passive
modérée
importante
Insp
Exp Insp
Exp
+
+
+
+
+
+
+
+++
Role primordial du diaphragme lors de la ventilation calme, expiration
passive, recrutement progressif du diaphragme et des autre muscles
respiratoire lors de l’hyperventilation.
La mécanique ventilatoire
I)
Paramètres spirométriques
III)
Propriétés élastiques de l’appareil
respiratoire
III) Resistances ventilatoires
I) PARAMETRES SPIROMETRIQUES
2.
Volumes et capacités
2. Les débits expiratoires
I) PARAMETRES SPIROMETRIQUES


La spirométrie consiste en une série d'examens
des fonctions respiratoires.
Les paramètres spirometriques comportent trois
éléments :
_ les volumes,
_ les capacités (représentant la somme de
plusieurs volumes),
_ les débits expiratoires ( reflétant la
mobilisation plus ou moins rapide des volumes par
l’appareil respiratoire).
I)PAMETRES SPIROMETRIQUES
1) Volumes et capacités

VT : Volume Courant: est le volume d’air mobilisé
au cours d’un cycle ventilatoire.

VRI : Volume de Reserve Inspiratoire: est le
volume d’air mobilisé par une inspiration forcée.

VRE : Volume de Reserve Expiratoire: est le
volume d’air mobilisé par une expiration forcée.

VR : Volume Résiduel: est le volume qui persiste
dans les poumons à la fin d’une expiration forcée
maximale
I)PAMETRES SPIROMETRIQUES
1) Volumes et capacités (suite)

CV : Capacité Vitale : =VT+VRI+VRE c’est « le volume d’air
chassé des poumons par une expiration forcée maximale
succédant à une inspiration forcée maximale » ou inversement.

CRF : Capacité Résiduelle Fonctionnelle : =VR+VRE
c’est la quantité de gaz contenue dans les poumons à la fin
d’une expiration courante.

CPT : Capacité Pulmonaire Totale : =VR+CV
elle représente le volume d’air contenu dans les poumons en fin
d’inspiration forcée maximale.
I)PARAMETRES SPIROMETRIQUES
2) Les débits expiratoires
a) Rapport VEMS/CV

Le VEMS est le Volume Expiré Maximal par
Seconde.

Le rapport VEMS/CV est un indicateur de la
perméabilité des voies aériennes.

Ces valeurs normales sont :
_ pour les jeunes de 85%
_ pour les sujets âgés de 70%

Ce rapport diminue donc avec l’âge.
I)PAMETRES SPIROMETRIQUES
2) Les débits expiratoires
b) Débits instantanés/Courbe débit-volume
II) Propriétés élastiques de l’appareil
respiratoire
2.
Propriétés élastiques des poumons
2. Propriétés élastiques de l’ensemble
poumon-thorax(=appareil respiratoire)
II) Propriétés élastiques de l’appareil respiratoire
1) Propriétés élastiques des poumons
a) Notion d’élastance et de compliance pulmonaire
L’élastance :
est l’élasticité du poumon.
pour le poumon : E = ∆P/∆V

Compliance :
est la distencibilité du poumon
C’est l’inverse de l’élastance : C= ∆V/∆P

II) Propriétés élastiques de l’appareil respiratoire
1) Propriétés élastiques des poumons
b) Notion de tension de surface d’une alvéole

La tension de surface est une force qui tend à
rétrécir l’alvéole.
Cette tension agit comme un film élastique
qui comprime cette alvéole.

Il faut une substance qui diminue considérablement
la tension de surface.
II) Propriétés élastiques de l’appareil respiratoire
1) Propriétés élastiques des poumons
c) Le surfactant pulmonaire

Le surfactant pulmonaire doit :
_ faire baisser la tension de surface,
_ doit être adapté aux variations de rayon alvéolaire.

On sait par la formule T=F/2πr que sans surfactant ,
+ le Rayonalvéolaire + la tension de surface

Par conséquent, avec le surfactant,
Rayonalvéolaire entraine une
aussi importante de la
tension de surface ainsi cela assure la stabilité alvéolaire du
poumon normal.
II) Propriétés élastiques de l’appareil respiratoire
1) Propriétés élastiques des poumons
c) Le surfactant pulmonaire (schéma)
II) Propriétés élastiques de l’appareil respiratoire
2)Propriétés élastiques de l’ensemble

poumon-thorax
Courbe volume-pression élastique de l’appareil respiratoire
III) Resistances ventilatoires
III) Resistances ventilatoires
Voies aériennes
CENTRALES
FORTE résistance
Voies aériennes
PERIPHERIQUES
FAIBLE résistance
Les Echanges Gazeux
I/Entre l’air ambiant et les alvéoles
pulmonaires
II/Diffusion alvéolo-capillaires
III/Formation du sang artériel

Definition:
Hématose:
=> C’est l’ensemble des processus responsables de la
transformation du sang veineux, arrivant aux poumons par les
branches de l’artère pulmonaire, en sang arteriel, quittant les
poumons par les veines pulmonaires.
I/ De l’air ambiant aux alvéoles pulmonaires
1)Pression partielle d’un gaz x: (Px)

L’air est un mélange de gaz.

Fraction gaz: Fx

Loi Dalton (pour gaz sec): Px=PB.Fx
∑(Fx)=1
L’air n’est pas un gaz sec: Pair=∑Px
Pxair=(PB-PH2Osat).Fx=713Fx
PH2Osat=47mmHg à 37°C
=>PO2 varie avec la Patm et concentration en O2 du milieu environant.

I/ De l’air ambiant aux alvéoles pulmonaires
2) La ventilation alvéolaire
Les différant volumes respiratoires:



VTA=zone respiratoire
VDphysio=VDanat+VDalv
VTE=VTI=VTA+VDanat
I/ De l’air ambiant aux alvéoles pulmonaires
VDanat: bouche/nez
bronchioles terminales
I/ De l’air ambiant aux alvéoles pulmonaires

Ventilation alveolaire (VA):
VA=f.VTA=F.(VTI-VDanat)
=>meilleur compromis entre rythme ventilatoire et richesse
en O2
II/Diffusion alvéolo-capillaire
1) Loi de Fick
Soit V’x=vitesse de transfert d’un gaz x à travers un tissus de
surface S et d’épaisseur e.
Loi de Fick: V’x=f(S/e. Dx.∆P)
Dx: constante de diffusion de x
∆P: difference de pression de x de part et d’autre de la membrane.
PAO2=100mmHg
PACO2=40mmHg
PvO2=40mmHg
PvCO2=46mmHg
Loi de Graham: Dx=αx/√PM
αx: solubilité du gaz x
II/Diffusion alvéolo-capillaire
Différence de Px
II/Diffusion alvéolo-capillaire
2) Cinétique de la diffusion
II/Diffusion alvéolo-capillaire
II/Diffusion alvéolo-capillaire
II/Diffusion alvéolo-capillaire
Poumon cancereux
III/Formation du sang arteriel
III/Formation du sang arteriel
PO2 sang artériel systemique(90mmHg)<<PO2 gaz
alv(100mmHg)
 2 raisons:
-heterogeneité regionale du rapport Ventilation/Perfusion
-shunt physiologique D/G

III/Formation du sang arteriel
1)Heterogeneité V’A /Q




Idéale: V’A=Q=5L/min rapport d’oxygénation de 1
Ventilation et perfusion sont distribués de manière heterogene:
V’A et Q
du sommet vers la base. V’A/Q=3 au sommet et
=0,6 à la base.
Si Q homogene: 110mmHg or heterogene donc 95mmHg
Gravité: poids du poumon sur le diaphragme influ sur Ppl d’où
meilleure dilatation à l’inspiration de la base face au sommet: ->
Forte compliance
III/Formation du sang arteriel
-10cmH2O: - negatif: faible compliance
normal
-2,5cmH2O: +negatif: forte compliance
->Gravité
III/Formation du sang arteriel
III/Formation du sang arteriel
Effet sur l’oxygenation du sang: V’A/Q-> état d’oxygenation du
sang
Sommet:PO2 sg:130mmHg
Base:PO2 sg:90mmHg

=>heterogeneité du rapport ->
Pression
de 5mmHg de la
III/Formation du sang arteriel
2)Shunt physiologique D-G
Def: Situation au cours de laquelle du sang
veineux se mélange à du sang artériel sans avoir
été oxygéné par les poumons: V’A/Q->0
=>2% du debit cardiaque
Double raison anatomique:
-Irrigation des voies aeriennes par les arteres
bronchiques (issues de l’aorte thoracique): veine
azygos.
-Cœur irrigué par la circulation des veines de
thebesius
Shunt=>
PO2sg de 5mmHg
Le transport de l’oxygène
(O2) dans le sang
I.
II.
III.
L’ hémoglobine (Hb) : molécule de transport
Courbe de dissociation de l’oxyHb
Facteurs modifiants l’affinité de l’Hb pour O2
I.
L’ hémoglobine (Hb) : molécule de
transport
3.
Structure quaternaire
Liaison avec O2: modèle de coopérativité
4.
Le pourcentage de saturation et P50
2.
I) L’Hb : molécule de transport
1) Structure quaternaire
Hb4 + 4 O2
Hb4O8
en général
Hb + O2
HbO2
I) L’Hb : molécule de transport
2) Liaison avec O2 :modèle de coopérativité
I) L’Hb : molécule de transport
2) Liaison avec O2 :modèle de coopérativité
I) L’Hb : molécule de transport
2) Liaison avec O2 :modèle de coopérativité
Modèle de coopérativité positive :
I) L’Hb : molécule de transport
3) Pourcentage de saturation et P50
Pourcentage
de saturation =
O2 dissous
PvO2 = 40 mmHg PaO2 = 95 mmHg
Quantité O2 liée
à l’Hb
Capacité totale de
fixation O2 par Hb
I) L’Hb : molécule de transport
3) Pourcentage de saturation et P50
P50 : correspond à la PO2
pour laquelle 50% de l’Hb
est liée à l’O2
Soit SO2 = 50%
P50
alors
affinité Hb pour O2
P50
Courbe de dissociation de
l’oxyHb
II.
2.
3.
4.
Description de la phase tissulaire
Description de la phase pulmonaire
Déplacement de l’O2 dans les poumons et
les tissus
II. Courbe de dissociation de l’oxyHb 2) Description de la phase tissulaire
II. Courbe de dissociation de l’oxyHb 3) Description de la phase pulmonaire
II. Courbe de dissociation de l’oxyHb 3) Déplacement de l’O2 dans les poumons et les tissus
PO2
PO2 = 100mmHg
PO2=40mmHg
S O2 =75%
Facteurs modifiants l’affinité de
l’ Hb pour O2
III.
2.
3.
4.
Température
pH
Concentration en 2,3-diphosphoglycérate
(2,3-DPG)
III. Facteur modifiants l’affinité de l’ Hb pour O2 1) Température
III. Facteur modifiants l’affinité de l’ Hb pour O2 2) pH
III. Facteur modifiants l’affinité de l’ Hb pour O2 3) Concentration DPG
HbO2 + 2,3-DPG
Hb-2,3-DPG + O2
Le transport du gaz
carbonique (CO2) dans le sang
I) Transport du gaz carbonique




1. Le CO2 est transporté sous 3 formes
2. Proportions des différentes formes de transport du CO2
3. Effet Haldane
4. Courbe de dissociation du CO2
II) Equilibre acido-basique




1. Acidose respiratoire
2. Alcalose respiratoire
3. Acidose métabolique
4. Alcalose métabolique
Les 3 formes de transport du
CO2

Dissous

Combiné à des protéines

Sous forme de bicarbonates HCO3-
HCO3-
Différents sites de fixation
02/CO2
Différents sites de fixation
02/CO2
La régulation ventilatoire



I Origine nerveuse du rythme respiratoire
II Régulation par les chémorécepteurs
1) Influence de la PO2
2) Influence de la PCO2 et de [H+]
III Autres régulations.
Origine nerveuse du rythme ventilatoire

Contraction cyclique et automatique.

Pas de cellules à autodépolarisation
Contraction rythmique repose entièrement
sur l’excitation cyclique des muscles respiratoires
par les nerfs moteurs.
Centres respiratoires
3 Groupes respiratoires:
•
Dorsal = inspiration
•
Ventral = inspiration (partie rostrale) +
expiration forcée (partie caudale)
•
Pontin = inhibition de l’inspiration
Pont
Bulbe rachidien
GRV (I+E)
GRD (I)
(I)
Tronc cérébral
GRP = centre pneumotaxique
Signaux de fin d’inspiration:
 Neurones du GRP (=centre pneumotaxique)
 Mécanorécepteurs pulmonaires et des voies
aériennes = Réflexe de Hering
II. Régulation par les chémorécepteurs

Chémorécepteurs: réagissent à la stimulation
chimique de cellules nerveuses sensitives.

Deux localisations:
- Périphériques = artériels
- Centraux = bulbaires
Les chémorécepteurs périphériques
• Chémorécepteurs artériels
formés par les glomus carotidiens
(++) et aortiques.
• Répondent aux variations
survenant dans le sang artériel.
• Réagissent à:
- PO2
- [H+]
- PCO2 (par modification
[H+])
Les chémorécepteurs centraux

Chémorécepteurs bulbaires

Répondent aux variations
survenant dans le liquide
céphalo-rachidien

Réagissent à une
de PCO2
par variation de [H+]
1. Influence de la PO2
PO2 air inspiré
PO2 alvéolaire
Si PaO2 < 60 mmHG
Réflexe par les neurones
respiratoires bulbaires
PO2 artérielle
Chémorécepteurs périphériques
DECHARGE
Muscles respiratoires
CONTRACTIONS
Ventilation
Retour des PO2 alvéolaire et
artérielle vers la normale
2. Influence de la PCO2 et de [H+]
PCO2 alvéolaire
PCO2 artérielle
*
PCO2 du LCR
*
[H+] artérielle
[H+] du LCR
Chémorécepteurs périphériques
DECHARGE
Chémorécepteurs centraux
DECHARGE
Muscles respiratoires
CONTRACTIONS
Ventilation
CO2 + H2O
H2CO3
HCO3- + H+
Différences régulations PO2/PCO2
PO2
PCO2/[H+]
Mise en jeu des
récepteurs
Périphériques
Périphériques et
centraux ++
Réaction à une
variation de la PA
Forte
(PaO2 <60mmHG)
Faible
III. Autres régulations

Modification de [H+] non due à la PCO2
- acidose métabolique (Ex: prod. d’ac. lactique au cours de
l’exercice)
hyperventilation
- alcalose métabolique (Ex: vomissement)
hypoventilation
Mise en jeu des chémoR périph.

Au cours de l’exercice:
- Mécanorécepteurs des muscles et articulations
température corporelle
[ ] catécholamines (adrénaline et noradrénaline)
- Action des neurones de l’encéphale sur les centres
respiratoires.
Hyperventilation
III. Autres régulations (2)

Régulation volontaire de la respiration (phonation, chant,
apnée…): motoneurones contrôlés par le cortex cérébral.

Réflexes protecteurs contre les substances irritantes:
- toux
- éternuement
- arrêt de la respiration

Régulation par la douleur et les émotions