Fiche de révision : Anatomie et physiologie respiratoire

📋 Plan du Cours

1. Trachée et bronches principales
2. Poumons et circulation pulmonaire
3. Plèvre et diaphragme
4. Mécanique ventilatoire
5. Voies aériennes et clairance
6. Compartiment alvéolaire
7. Diffusion alvéolo-capillaire
8. Transport sanguin des gaz
9. Équilibre acido-basique
10. Perturbations acido-basiques
11. Sarcomère et contraction cardiaque
12. Couplage excitation-contraction

📖 1. Trachée et bronches principales

🔑 Notions clés & Définitions

• Trachée : Conduit fibro-cartilagineux aérifère qui fait suite au larynx et traverse le cou et le thorax.

★ À maîtriser

• La trachée commence en regard de C6 et se termine en regard de T5, où elle se divise en bronches principales droite et gauche au niveau de la carène.

• La trachée est renforcée par 15 à 20 anneaux cartilagineux incomplets en arrière, où ils sont fermés par du muscle lisse.

📌 La bronche principale droite forme un angle d’environ 25° avec la verticale, tandis que la bronche principale gauche forme un angle d’environ 45° et est donc plus horizontale.

Compléments

• La trachée mesure en moyenne 12 cm, dont environ 6 cm au-dessus et 6 cm au-dessous de l’orifice supérieur du thorax.

📌 Les corps étrangers inhalés se logent préférentiellement dans la bronche principale droite, car elle est davantage alignée avec la trachée que la bronche gauche.

💡 Astuce mémo

La bronche droite est plus verticale (25°), la gauche plus horizontale (45°).

📖 2. Poumons et circulation pulmonaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Lobule pulmonaire : Unité respiratoire centrée par une bronchiole respiratoire.
• Tronc pulmonaire : Artère d’environ 5 cm de long et 3 cm de diamètre qui naît du ventricule droit et constitue le premier élément de la circulation pulmonaire.

★ À maîtriser

• Les bronches principales se divisent en bronches lobaires, puis en bronches segmentaires, avec trois lobes et dix segments à droite et deux lobes et dix segments à gauche.

• L’arbre bronchique humain comporte environ 27 divisions ou générations, et les bronches perdent leur cartilage à partir de la 8e génération pour devenir des bronchioles.

• Les poumons contiennent environ 300 millions d’alvéoles, dont la surface totale est d’environ 30 m² en expiration et 100 m² en inspiration profonde.

Compléments

• À partir de la 20e génération, des alvéoles apparaissent dans la paroi des bronchioles, qui deviennent alors des bronchioles respiratoires.

• L’artère pulmonaire droite mesure environ 5 cm et suit un trajet horizontal, tandis que l’artère pulmonaire gauche mesure environ 3 cm et suit un trajet oblique vers le haut, l’arrière et la gauche.

💡 Astuce mémo

Deux demi-cônes séparés par le médiastin, alimentés par le tronc pulmonaire.

📖 3. Plèvre et diaphragme

🔑 Notions clés & Définitions

• Plèvre : Membrane séreuse constituée d’un feuillet viscéral appliqué au poumon et d’un feuillet pariétal tapissant la paroi thoracique, le diaphragme et le médiastin.
• Diaphragme : Cloison musculo-aponévrotique et principal muscle inspiratoire, séparant les cavités thoracique et abdominale.
• Récessus costo-diaphragmatique : Point le plus déclive de la cavité pleurale et lieu possible d’accumulation de liquide lors d’une pleurésie.

★ À maîtriser

• La cavité pleurale est un espace virtuel à pression négative permettant le glissement des deux feuillets et l’expansion pulmonaire lors de l’inspiration.

• Le diaphragme est innervé par le nerf phrénique, qui naît principalement de la racine spinale C3.

Compléments

• Les cellules mésothéliales produisent environ 5 à 20 cc de liquide pleural par jour, ensuite résorbé par les lymphatiques pleuraux.

💡 Astuce mémo

Contraction du diaphragme → dépression thoracique → inspiration.

📖 4. Mécanique ventilatoire

★ À maîtriser

📐 Formule — La compliance est le rapport entre la variation de volume et la variation de pression : $C = \frac{\Delta V}{\Delta P}$.

📐 Formule — En écoulement laminaire, le débit est égal à la variation de pression divisée par la résistance : $\dot V = \frac{\Delta P}{R}$, avec $\Delta P = P_{alv} - P_{atm}$.

• Les résistances des voies aériennes se répartissent à hauteur de 75 % dans la première division bronchique et de 25 % dans les petites bronches.

📌 L’emphysème augmente la compliance pulmonaire par destruction des structures élastiques alvéolaires, tandis que la fibrose pulmonaire la diminue en rigidifiant la paroi alvéolaire.

• La capacité résiduelle fonctionnelle correspond au volume de relaxation du système thoraco-pulmonaire lorsque les muscles respiratoires ne sont pas sollicités.

Compléments

• 🔄 L’inspiration produit successivement: l’horizontalisation des côtes, l’élargissement du thorax, la translation verticale et sagittale du sternum

💡 Astuce mémo

Emphysème : poumon trop compliant ; fibrose : poumon peu compliant.

📖 5. Voies aériennes et clairance

🔑 Notions clés & Définitions

• Clairance muco-ciliaire : Action combinée du mucus et des cils qui piège les particules étrangères et les remonte vers le pharynx pour leur déglutition.

★ À maîtriser

📌 Les voies aériennes de conduction vont du nez aux bronchioles et amènent l’air, tandis que la zone d’échange gazeux s’étend des bronchioles terminales aux alvéoles.

• La zone d’échange gazeux s’étend de la 17e à la 23e génération et comprend les bronchioles respiratoires, les canaux alvéolaires et les sacs alvéolaires.

• La composition du mucus est:

  • 95 % d’eau et d’électrolytes
  • 2 % de glycoprotéines
  • 1 % de protéines
  • 1 % de lipides et lipoprotéines
  • 1 % de sels inorganiques

📌 Les anomalies du gène CFTR rendent le mucus bronchique plus épais et moins fluide dans la mucoviscidose, favorisant notamment les dilatations des bronches.

Compléments

• Chaque cellule ciliée porte environ 200 cils, qui mesurent 5 à 6 μm et battent à une fréquence de 10 à 20 battements par seconde.

• Le transport muco-ciliaire élimine normalement les bactéries en environ 6 heures à une vitesse de 4 à 10 mm par minute, tandis que les bactéries se multiplient toutes les 20 minutes.

💡 Astuce mémo

Conduction → bronchioles respiratoires → canaux alvéolaires → alvéoles.

📖 6. Compartiment alvéolaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Pneumocyte de type 2 : Cellule alvéolaire progénitrice qui peut donner des pneumocytes de type 1 et sécrète le surfactant.

📝 Points essentiels

• La membrane alvéolo-capillaire comprend l’endothélium capillaire, la matrice extracellulaire et la paroi du pneumocyte de type 1.

• Le surfactant est constitué de 90 % de lipides, essentiellement des phospholipides, et de 10 % de protéines SP-A, SP-B, SP-C et SP-D.

📌 Le surfactant diminue la tension superficielle alvéolaire, réduit le travail inspiratoire et augmente la compliance pulmonaire.

📌 Selon la loi de Laplace, à tension de surface égale, la pression dans une alvéole est inversement proportionnelle à son rayon, de sorte que les petites alvéoles ont une pression plus élevée.

💡 Astuce mémo

Surfactant → tension superficielle diminuée → alvéoles stabilisées.

📖 7. Diffusion alvéolo-capillaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Membrane alvéolo-capillaire : Constituée de l’épithélium, de la membrane basale et de l’endothélium capillaire, avec une épaisseur d’environ 1 μm.

★ À maîtriser

📌 Un gaz diffuse toujours du compartiment où sa pression partielle est la plus élevée vers celui où elle est la plus faible, jusqu’à l’équilibre.

• La membrane alvéolo-capillaire mesure environ 1 μm et l’oxygène la traverse avant de diffuser dans le plasma puis de rejoindre l’hémoglobine des globules rouges.

📌 La diffusion est un phénomène passif dépendant des propriétés physico-chimiques du gaz, des propriétés de la surface séparatrice et du gradient de pression partielle, tandis que le transport actif nécessite un transporteur et de l’énergie ; il n’existe pas de transport actif des gaz entre les compartiments pulmonaires.

📐 Formule — Dans le modèle de Roughton et Forster, la conductance totale vérifie $\frac{1}{D_L}=\frac{1}{D_m}+\frac{1}{D_{sang}}$, car les résistances membranaire et sanguine s’additionnent en série.

• L’équilibre des pressions partielles de l’oxygène et du dioxyde de carbone est atteint en environ 0,25 s, alors que le temps de contact entre le sang et le gaz alvéolaire au repos est d’environ 0,75 s.

Compléments

• Le débit d’un gaz à travers la surface dépend de la différence de pression entre l’alvéole et le capillaire et de la conductance membranaire, elle-même liée à la solubilité, à la masse molaire et au rapport surface/épaisseur.

💡 Astuce mémo

Gradient → membrane → plasma → hémoglobine

📖 8. Transport sanguin des gaz

📝 Points essentiels

📐 Formule — La consommation d’oxygène se calcule par $\dot V_{O_2}=CO\times(CaO_2-CvO_2)$, où CO est le débit cardiaque, CaO₂ le contenu artériel et CvO₂ le contenu veineux.

📐 Formule — L’oxygène dissous vérifie $O_2\ dissous=PO_2\times0{,}003$, et 1 L de sang à une PO₂ de 100 mmHg contient 3 mL d’oxygène dissous.

• L’hémoglobine possède quatre monomères de globine, deux chaînes α et deux chaînes β, ainsi qu’un groupe hème contenant un atome de fer ferreux par chaîne.

• Le pouvoir oxyphorique de l’hémoglobine est de 1,34 mL d’oxygène fixé par gramme d’hémoglobine ; avec une concentration d’hémoglobine de 15 g/dL, la capacité est de 20,1 mL d’oxygène pour 100 mL de sang.

• La P50 est la pression partielle d’oxygène nécessaire pour saturer 50 % des sites de l’hémoglobine et sa valeur est de 27 mmHg.

• Le CO₂ sanguin est transporté sous trois formes:

  • les bicarbonates
  • le CO₂ dissous
  • les formes carbaminées

💡 Astuce mémo

O₂ surtout lié à l’Hb, CO₂ surtout sous forme bicarbonate

📖 9. Équilibre acido-basique

📝 Points essentiels

📐 Formule — Le pH est défini par $pH=-\log[H^+]$ et la concentration en protons par $[H^+]=10^{-pH}$.

• Le pH extracellulaire normal est compris entre 7,38 et 7,42, tandis que le pH intracellulaire est compris entre 7,00 et 7,20.

📐 Formule — Pour un couple acide-base, la constante de dissociation vérifie $K_a=\frac{[A^-][H^+]}{[HA]}$ et l’équation de Henderson-Hasselbalch s’écrit $pH=pK_a+\log\frac{[A^-]}{[HA]}$.

📌 Lorsque le pKa est égal au pH, les concentrations de la forme acide et de la forme basique sont égales et le pouvoir tampon est maximal.

• Le système bicarbonate-acide carbonique est un tampon ouvert présent à 24 mEq.L⁻¹ dans le liquide extracellulaire ; la ventilation contrôle le CO₂ et le rein contrôle les bicarbonates et les ions H⁺.

• Le rein réabsorbe 4 300 mmol de bicarbonates filtrés par 24 heures et excrète les ions H⁺ sous forme d’acidité titrable et d’ammonium.

💡 Astuce mémo

Poumon contrôle le CO₂, rein contrôle HCO₃⁻ et H⁺ → pH stabilisé

📖 10. Perturbations acido-basiques

★ À maîtriser

• L’acidose respiratoire résulte d’une hypoventilation et d’une rétention de CO₂, tandis que l’alcalose respiratoire résulte d’une hyperventilation et d’une diminution de la PaCO₂.

• Une hypercapnie correspond à une PaCO₂ supérieure à 42–44 mmHg, tandis qu’une hypocapnie correspond à une PaCO₂ inférieure à 38 mmHg.

• L’acidose métabolique est due à une accumulation d’acides non volatils ou à une perte d’alcalins, avec des bicarbonates inférieurs à 20 mmol.L⁻¹, tandis que l’alcalose métabolique est associée à des bicarbonates supérieurs à 26 mmol/L.

• Les perturbations mixtes associent une anomalie respiratoire pure et une anomalie métabolique pure ; les acidoses mixtes associent une acidose respiratoire et une acidose métabolique, tandis que les alcaloses mixtes associent deux alcaloses.

Compléments

• La compensation de l’acidose métabolique repose principalement sur une hyperventilation, puis sur une compensation rénale plus tardive par ammoniogénèse.

💡 Astuce mémo

Respiratoire = variation de PaCO₂ ; métabolique = variation de HCO₃⁻

📖 11. Sarcomère et contraction cardiaque

🔑 Notions clés & Définitions

• Sarcomère : Unité contractile des myofibrilles, constituée de filaments fins d’actine et de filaments épais de myosine.

★ À maîtriser

📌 La systole est la phase d’éjection du sang par contraction des ventricules, tandis que la diastole est la phase de relâchement et de remplissage ventriculaire.

• La troponine comprend trois sous-unités:

  • TnC, qui lie le Ca²⁺
  • TnI, qui inhibe l’activité ATPase de l’actomyosine
  • TnT, qui interagit avec la tropomyosine

• Lors de la systole, l’augmentation du Ca²⁺ intracellulaire active TnC, lève l’inhibition exercée par TnI et la tropomyosine, permet la formation de ponts actine-myosine et entraîne le raccourcissement du sarcomère.

Compléments

• La titine, aussi appelée connectine, est une molécule d’environ 1 μm qui assure l’élasticité de la myofibrille et contribue à la succion ventriculaire diastolique.

💡 Astuce mémo

Les têtes de myosine tirent l’actine vers le centre du sarcomère

📖 12. Couplage excitation-contraction

🔑 Notions clés & Définitions

• Diade : Association d’un tubule T et d’une citerne terminale du réticulum sarcoplasmique jonctionnel, assurant une communication fonctionnelle entre les DHPR et le RyR.

★ À maîtriser

• 🔄 Le couplage excitation-contraction suit la séquence suivante:

  1. activation du potentiel d’action
  2. activation des canaux calciques de type L
  3. libération de Ca²⁺ par le RyR
  4. liaison du Ca²⁺ à la troponine C
  5. déclenchement de la contraction

• Le RyR2 est activé par une petite quantité de Ca²⁺ et n’est pas un canal dépendant du potentiel membranaire ; le Ca²⁺ libéré accélère ensuite l’inactivation du courant calcique entrant de type L.

• La relaxation myocardique nécessite une diminution du Ca²⁺ cytosolique, obtenue principalement par son recaptage dans le réticulum sarcoplasmique grâce à SERCA, mais aussi par les mitochondries et l’échangeur Na⁺-Ca²⁺.

Compléments

• Le recaptage du Ca²⁺ par le réticulum sarcoplasmique représente 70 à 80 % de son élimination lors de la relaxation, contre 10 % pour le captage mitochondrial.

💡 Astuce mémo

PA → DHPR → RyR → Ca²⁺ → troponine → contraction

📊 Tableaux de synthèse

Organisation des voies respiratoires

Transport sanguin du CO₂