Physiologie respiratoire

Physiologie respiratoire
Part 2
Systè
Système ventilatoire
Physiologie respiratoires
Gilles DHONNEUR
DAR CHU (APHP) Jean Verdier BONDY
Université
Université Paris 13, Bobigny
Définitions
Système respiratoire
• Finalité
Finalité
• Respiration
• Ventilation
• Mécanique ventilatoire
– Générer des échanges gazeux permettant la vie,
la l’l’adaptation au milieu et la survie en situations
extrê
extrêmes
• …altitude
– La vie né
nécessite l’l’oxygé
oxygénation cellulaire
– Finalité
Finalité du systè
système respiratoire c’
c’est l’l’oxygé
oxygénation
cellulaire
Finalité
Finalité du systè
système respiratoire c’
c’est
l’oxygé
oxygénation cellulaire
Système ventilatoire
• Indissociable du systè
système respiratoire
• Finalité
Finalité du systè
système ventilatoire
– Permettre la respiration
– Permettre l’é
limination des dé
l’élimination
déchets du
métabolisme cellulaire
Anatomie du système de
conduction aériennes
• CO2
La finalité
finalité principale du systè
système
ventilatoire est l’é
limination du CO2
l’élimination
1
Tuyaux
Arbre bronchique
Conduction aérienne distale
Conduction aérienne
Espace mort
Alvéole
• Consé
Conséquence
Espace mort
V&insp = V&mort + V&alv
VD = 2 ml/kg (150 ml pour 75 kg)
Volume minute (VE) = Fré
Fréquence x Vol Courrant
Alvéole
VE = Fr x ( VD + Valvé
Valvéolaire)
olaire)
VE =
Fr x VD
Ventilation espace mort
+
Fr x VA
Ventilation alvéolaire
• 10 l/min = 10 x 1l = 10 l de VE => VA ? 8,5 l
• 10 l/min = 20 x 0,5 l = 10 l de VE => VA ? 7 l
2
Mécanique ventilatoire
• Description dynamique des fonctions
respiratoire et ventilatoire
– Mode ventilatoire
• Aspect qualitatif du fonctionnement du
systè
système
Muscles ventilatoires
• Ventilation spontané
spontanée
– Muscles inspiratoires
•
•
•
•
•
Diaphragme
Intercostaaux
Geniohyoid
Genioglossus
CricoCrico-Aythenoidien posté
postérieur
Cage thoracique
Pharynx
Larynx
– Accessoires : sternocleidomastoidien,
sternocleidomastoidien, scalè
scalènes, ailes du nez
– Muscles expiratoire
•
•
•
•
Intercostaux expiratoires
Transverses de l’l’abdomen
Obliques externe et interne
Grands droits
Cage thoracique
Abdomen
3
Mécanique ventilatoire
• Dans le thorax (ventilation spontané
spontanée)
Pression dans l’abdomen
(cm H20)
Descente du diaphragme
Contraction des muscles abdominaux
+5
0
-5
Time (s)
Pression intrathoracique
Les volumes pulmonaires
Inspiration / Expiration
• Inspiration
– Phé
Phénomè
nomène actif musculaire contre les
forces élastiques du systè
système ventilatoire
• Expiration
– Phé
Phénomè
nomène actif
• Retour à la position d’é
quilibre du systè
d’équilibre
système
ventilatoire assisté
assisté par la contraction synchrone
des muscles transverses de l’l’abdomen
– Contraction abdominale = augmentation de la
pression abdominale
» Remonté
Remontée passive du diaphragme
8
10
Artère
pulmonaire
Veines
pulmonaires
1
7
6
C02
Artères
Veines
2
Veinules
Artérioles
3
5
Capillaires
4
02
Conduction circulatoire
9
Capillaires
pulmonaires
La capacité
capacité de Toux ?CV
Quel volume dé
détermine
CRF
L’oxygé
oxygénation ?
Finalité du système
• O2 air ---->
----> Cellule
–
–
–
–
Convection ventilatoire
Diffusion alvé
alvéolocapillaire
Convection circulatoire
Diffusion capillarocapillaro-cellulaire
• CO2 ------->
-------> Air exté
extérieur
–
–
–
–
Diffusion cellulocellulo-capillaire
Convection circulatoire et cellulaire (GR)
Diffusion capillocapillo-alvé
alvéolaire
Convection ventilatoire
4
Structure anatomique du
système (O2)
• Systè
Système de conduction aé
aérien
–
–
–
–
VAS
Traché
Trachée
Bronches
Bronchioles
TUYOTTERIE
Espace mort anatomique
• Systè
change et diffusion
Système d’é
d’échange
– Alvé
Alvéoles
• Systè
Système de conduction circulatoire
– Systè
Système arté
artériel
– Pompe cardiaque
– Capillaire
• Systè
Système de diffusion
Déterminants de la pression
partielle en oxygène dans le
sang artériel
• PaO2
– Pression baromé
barométrique
– Fraction inspiré
inspirée en O2
– Ventilation alvé
alvéolaire
– Diffusion à travers la membrane
alvé
alvéolocapillaire
– Espace mort
– Shunt
– Membrane capillarocapillaro- cellulaire
Quelques notions
fondamentales
Physique niveau maternelle supé
érieure
niveau maternelle sup
• PressionPhysique
baromé
barométrique
– Moyenne au niveau de la mer
Pression barométrique et
FiO2
• Pression atmosphé
atmosphérique (PAtm
(PAtm))
– PA = 1013hPa= 760 mmHg
• Pression atmosphé
atmosphérique
– PAtm = Somme des pressions partielles (PP)
des gaz pré
présents dans l’l’air
• Composition de l’l’air ?
• O2, N2, Autres gaz rares (1%)
78%
• Vapeur d’
d’H20 = 2,5 % à 20°
20°C, 3,2 % à 37 °C
Multiplication et addition
simple
Niveau maternelle supé
supérieure
PAtm = PP (N2) + PP(O2) + PP (H20) + PP
(gaz rares)
PP (N2) = 77% de PAtm = 78% x 760 = 585
mmHg
PP (O2) = 20 % de PAtm= 20% x 760= 145
mmHg
PP (H20v) = 2,2 % de PAtm = 3% x 760= 22
760 mmHg
mmHg
PP (Gaz rares) = 0.8% de Patm= 1% x760=
21 %
Physique alvéolaire
Niveau maternelle supé
supérieure
• Dans une alvé
alvéole en fin d’
d’expiration
– Pression atmosphé
atmosphérique (PAtm
(PAtm))
– PA = 1013hPa= 760 mmHg
• Pression atmosphé
atmosphérique
– PAtm = Somme des pressions partielles (PP)
des gaz pré
présents dans l’l’air
• Composition du mé
mélange gazeux alvé
alvéolaire
• O2, N2, CO2 et H2Ov, gaz rares
PAtm = PP (N2) + PP(O2) + PP(CO2) + PP (Gaz
rares) + PP (H20)
5
Dans l’alvéole en fin
d’expiration
Equation des gaz alvéolaires
PAtm = PP (N2) + PP(O2) + PP(CO2) + PP (H20) +
PP (Gaz rares)
PP (N2) = 77% de PAtm = 77% x 760 = 590 mmH
PP (H20v) = 3,2% de PAtm = 3,2 x 760= 3232-42
mmHg
PP (Gaz rares)= 0,8%
de PAM=
0,8%
-8
x760=5
81%
P Atm =
630 x760=5à 640 mm
mmHg
P Alvé
Alvéolaire = P Atm = 760 mmHg
760 mmHg = 640 mmHg + PP (CO2) + PP (02)
En pratique
P Alvé
Alvéolaire= P Atmophé
Atmophérique = 760 mmHg
760 mmHg = 640 mmHg + PP (CO2) + PP (02)
( 3,5% + 16,5%) PAtm
Fraction alvéolaire
en CO2 +
en O2
Air ambiant
Niveau de la mer
PP(02) + PP(CO2) = 120 à 130
mmHg
En plongée sous marine
• Gaz du sang en Air Ambiant
– PaO2 = 85 mmHg
• Comment augmenter la duré
durée de
l’apné
apnée
• 1 Hyperventiler = baisser le CO2 arté
artériel
• PaCO2 = ?
• Pour un malade aux urgences
– PaO2= 120 mmHg
PP(02) + PP(CO2) = 120 mmHg
• PaCO2 = ?
– Alors quel diagnostic?
• Quelle PaO2 pour une FIO2 = 100% ?
PAtm = + PP(O2) + PP(CO2) + PP
(H20)
• 2 Enrichir le mé
mélange inspiré
inspiré en O2
PP(O2) + PP(CO2) + PP (H20)= 760
mmHg
Médecine d’altitude
• Respiration plus difficile en altitude ?
Problè
Problème de FiO2 ?
Problè
Problème de Pression baromé
barométrique ?
Pression atmosphérique en fonction de l'altitude
Ventilation alvéolaire
Pression atmosphérique
(mmHg)
800
Quelle PaO2 au sommet de l’l’Everest ?
700
PAtm = PP (N2) + PP(O2) + PP (H20) + PP (Gaz
rares)
25O = 79%(250) + 20%(250)+ 1%(200)
600
500
400
PP (O2)= 50 mmHg
Au niveau avé
avéolaire
Pa02 + PaCO2= 50 mmHg
300
200
100
0
0
2000
4000
6000
8000
Altitude (m)
6
Ventilation alvéolaire
• Au niveau de l’l’alvé
alvéole
– Oxygè
Oxygène
– Gaz carbonique
– Gaz alvé
alvéolaires PaO2 + PaCO2 = 120 -130 mmHg
– VO2 fct métabolisme : FIO2= 21----> FAO2= ?
21----->
PAO2 = (PB - PH2O) x FiO2 – (PACO2/QR)
Fraction alvéolaire en O2 = 16,5 %
Espace mort, Shunt
• Rapports VA / Q
Espace mort, Shunt
• Rapports VA / Q
– Shunt physiologique
Unité normale
VA / Q = 0
2
3
1
Espace mort alvéolaire
VA / Q = ∞
Q
Zone de shunt
Contenu artériel en oxygène
• Déterminants du CaO2
– Débit cardiaque
– Oxygè
Oxygène lié
liée
• Hémoglobine
– Pouvoir oxyphorique de l’Hb = 1,39 ml d’
d’O2/ g d’Hb
– Oxygè
Oxygène dissoute
– Coef de solubilité
solubilité: 0,003 ml d’
d’O2/mmHg/100 ml de
plasma
CaO2 = α x SaO2 x [Hb] + β x
PaO2
Zone silencieuse
Transport de l’Oxygène
• Déterminants du TaO2
– Débit cardiaque
– CaO2
TaO2 = Qc x (α x SaO2 x [Hb] + β x
PaO2)
TaO2 = Qc x CaO2
• Si dé
débit cardiaque / 2
– TaO2 / 2
α = pouvoir oxyphorique
β = coef de solubilité
7
Délivrance périphérique de
l’O2
Courbe de dissociation de l’oxygène
Effet Bohr
% SAT
xx
O2
O 2-Hb - O 2
O2
O2
O2-Hb - O2
O2
O2
O2
O2
O2
• Systè
Système de diffusion
– Membrane capillarocapillaro- cellulaire
• Systè
Système de conduction circulatoire
O2
O2
Structure anatomique du
système (CO2)
O2
O2-Hb - O 2
O2
↑T°, CO2, 2-3DPG
↓pH
Oxygène fixé et oxygène dissous
–
–
–
–
Veinules
Veines
Cœur droit
Artè
Artères pulmonaires
• Systè
change et diffusion
Système d’é
d’échange
– Membrane alvé
alvéolocapillaire
PaO2
• Systè
Système de conduction ventilatoire
– Bronchioles Bronches
– Traché
Trachée
– VAS
DO2 = f (TaO2)
DO2= f (Qc x Ca02)
DO2 = g x CaO2
DO2= h x HbO2
Contenu veineux en CO2
• CO2 produit par le mé
métabolisme cellulaire
diffuse à l’exté
extérieur de la cellule dans les
vaisseaux
Transport du CO2
• Déterminants du TvO2
– Débit cardiaque
– CvCO2
– Dissoute (10%)
– CO2 sous forme de bicarbonate
• Anhydrase carbonique: CO2 + H20
H+ (60%)
• Intra erythrocytaire
TUYOTTERIE
TvCO2 = Qc x
CvCO2
HCO3HCO3- +
– CO2 fixé
fixé à l’hémoglobine (30%)
• Hb carbaminé
carbaminée
Re largage du CO2 au niveau
alvéolaire
Capnogramme (CO2/ Temps)
CO2
PaCO2
• Effet Haldane
– L’oxydation de l’Hb (fixation d’
d’O2) facilite le re largage du
CO2
PACO2
EtCO2
• Diffusion rapide selon un gradient de concentration
– Dans l’l’alvé
alvéole
• Mixique en dé
début d’
d’inspiration
• En fin d’
d’inspiration PACO2 = PaCO2
• Puis conduction aé
aérienne
– Nez, bouche, Sonde d’IOT
• Gradient
Temp
– Delta (Et -a CO2) = 33-5 mmHg
– Extrêmes : -1 à 18 mmHg
8
Expirogramme (CO2/Volume)
PP CO2 (mmHg)
Monitorage du CO2
• Condition pour EtCO2 mesurable
– 1 Ventilation alvé
alvéolaire
• Diagnostic de l’l’intubation traché
trachéale
40
– Qualité
Qualité de la ventilation alvé
alvéolaire
– 2 Débit cardiaque
• Diagnostic de l’ACR
• Diagnostic des états de chocs
VCO2i
– 3 Production du CO2 cellulaire
• VCO2
•
•
Mesure de la production de CO2 / min
VCO2= Somme VCO2i sur 1 min
0,670
– Diagnostic de l’hypermé
hypermétabolisme
» Hyperthermie
– Diagnostic des hypomé
hypométabolismes
» EME
» Hypothermie
Volume (l)
– Normale et pathologie
Régulation du système
• Ché
Chémoré
morécepteurs pé
périphé
riphériques
– O2
• Ché
Chémoré
morécepteurs centraux
Régulation du système
– CO2
• PH du LCR
– Plancher du V4 (Bulbe rachidien)
» Centres respiratoires
• Stimulations ventilatoires
– CO2
– O2
– Charges inspiratoires
Gaz du sang normaux
• PaCO2 = 40 ± 2
mmHg
• Pa02 > 80 mmHg
• pH = 7,40 ± 0,02
9
10