Fiche de révision : Physiologie de la fonction respiratoire

📋 Plan du Cours

1. Rôle et processus respiratoires
2. Organisation de l’appareil respiratoire
3. Mécanique ventilatoire
4. Volumes et débits pulmonaires
5. Échanges gazeux pulmonaires
6. Transport sanguin de l’oxygène
7. Transport du dioxyde de carbone
8. Régulation et exercice

📖 1. Rôle et processus respiratoires

🔑 Notions clés & Définitions

• Fonction respiratoire : Apporte de l’O2 aux tissus, élimine le CO2 et participe à la régulation du pH.

📝 Points essentiels

• Le transport respiratoire repose sur quatre processus:
  • La ventilation pulmonaire
  • La diffusion alvéolo-capillaire
  • Le transport sanguin de l’O2 et du CO2
  • Les échanges gazeux périphériques

💡 Astuce mémo

Ventiler → diffuser → transporter → échanger

📖 2. Organisation de l’appareil respiratoire

🔑 Notions clés & Définitions

• Alvéoles : De minuscules renflements, au nombre de 300 à 500 millions, entourés d’un réseau dense de capillaires.

• Membrane alvéolo-capillaire : Comprend les parois alvéolaires, les parois capillaires et une lame basale fusionnée, et permet les échanges par simple diffusion.

• Plèvre : Membrane séreuse à deux feuillets enveloppant chacun des poumons et délimitant la cavité pleurale.

★ À maîtriser

• Les voies aériennes supérieures comprennent le nez, la bouche, le pharynx, le larynx et la trachée, tandis que les voies aériennes inférieures comprennent les bronches et les alvéoles.

• Les voies respiratoires comprennent une zone de conduction formée notamment par la trachée, l’arbre bronchique et les bronchioles, ainsi qu’une zone respiratoire comprenant les bronchioles respiratoires et les sacs alvéolaires.

Compléments

• Les pneumocytes de type II synthétisent et libèrent le surfactant, ce qui diminue la tension superficielle, augmente la compliance et réduit le risque de collapsus alvéolaire.

💡 Astuce mémo

Zone de conduction ≠ zone respiratoire

📖 3. Mécanique ventilatoire

📝 Points essentiels

📐 Formule — La loi des gaz parfaits s’écrit $PV=nRT$, où P est la pression totale, V le volume, n le nombre de moles, T la température en kelvins et R la constante des gaz parfaits.

📌 À température constante, la loi de Boyle-Mariotte indique que le produit de la pression par le volume reste constant : une augmentation du volume entraîne donc une diminution de la pression.

📐 Formule — La pression transpulmonaire est la différence entre la pression alvéolaire et la pression intrapleurale : $P_{tp}=P_{alv}-P_{ip}$.

• 🔄 Lors de l’inspiration:

  1. Contraction des muscles inspiratoires
  2. Augmentation du volume thoracique
  3. Diminution de la pression intrapleurale et de la pression alvéolaire
  4. Augmentation du volume pulmonaire
  5. Entrée d’air

• L’expiration normale est passive et résulte du relâchement des muscles inspiratoires et du diaphragme, tandis que l’expiration forcée implique la contraction des muscles abdominaux et intercostaux internes.

📐 Formule — La ventilation minute est égale au produit de la fréquence respiratoire par le volume courant : $\dot V_E=FR\times V_C$.

💡 Astuce mémo

Volume thoracique ↑ → pression alvéolaire ↓ → inspiration

📖 4. Volumes et débits pulmonaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Volume résiduel : Le volume d’air restant dans les poumons après une expiration maximale.
• Compliance pulmonaire : La variation du volume pulmonaire produite par une variation donnée de la pression transpulmonaire.

📝 Points essentiels

• Au repos, le volume courant est d’environ 0,5 à 1 L et la fréquence respiratoire d’environ 10 à 15 cycles par minute, pour une ventilation minute d’environ 10 à 15 L par minute.

• À VO2max, le volume courant atteint environ 2 à 3 L, la fréquence respiratoire environ 40 à 60 cycles par minute et la ventilation minute environ 100 à 200 L par minute.

📐 Formule — La ventilation alvéolaire correspond au produit de la fréquence respiratoire par la différence entre le volume courant et le volume de l’espace mort : $\dot V_A=FR\times(V_C-V_M)$.

• Chez un sujet sain, le VEMS représente environ 80 % de la capacité vitale forcée et constitue un indicateur de l’obstruction bronchique, notamment dans l’asthme.

💡 Astuce mémo

Repos : petit volume et faible fréquence ; exercice : grand volume et forte fréquence

📖 5. Échanges gazeux pulmonaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Loi de Fick : Indique que la vitesse de diffusion d’un gaz augmente avec la surface d’échange, le coefficient de diffusion et le gradient de pression, et diminue avec l’épaisseur de la paroi.

📝 Points essentiels

📐 Formule — La pression partielle d’un gaz est égale au produit de sa fraction dans le mélange par la pression totale : $P_{gaz}=F_{gaz}\times P_{tot}$.

• Au niveau de la mer, la pression partielle de l’O2 dans l’air sec est d’environ 160 mmHg, tandis qu’elle est d’environ 150 mmHg dans l’air humidifié inspiré.

• Au repos, le gaz alvéolaire présente une pression partielle d’O2 d’environ 100 mmHg et une pression partielle de CO2 d’environ 40 mmHg.

📐 Formule — L’équation des gaz alvéolaires pour l’O2 s’écrit $P_{A,O_2}=P_{I,O_2}-k\frac{\dot V_{O_2}}{\dot V_A}$.

• Au repos, la différence alvéolo-artérielle de pression partielle d’O2 est de 5 à 10 mmHg, tandis qu’elle atteint 20 à 30 mmHg lors d’un exercice intense.

💡 Astuce mémo

Gradient de pression → diffusion alvéolo-capillaire

📖 6. Transport sanguin de l’oxygène

★ À maîtriser

📐 Formule — La saturation de l’hémoglobine correspond au rapport entre l’hémoglobine oxygénée et l’hémoglobine totale : $S_{O_2}=\frac{HbO_2}{Hb_{tot}}$.

• La concentration d’hémoglobine utilisée dans le cours est de 150 g/L et sa capacité de fixation de l’O2 est de 1,39 ml/g.

📐 Formule — Le contenu artériel en oxygène est calculé par $C_{aO_2}=[Hb]\times CF\times S_{aO_2}$ et vaut environ 20 ml d’O2 pour 100 ml de sang avec 150 g/L d’hémoglobine, une capacité de 1,39 ml/g et une saturation de 100 %.

📐 Formule — La consommation d’oxygène est égale au débit cardiaque multiplié par la différence entre les contenus artériel et veineux en oxygène : $\dot V_{O_2}=Q\times(C_{aO_2}-C_{vO_2})$.

Compléments

• Avec un débit cardiaque de 5 L/min, un contenu artériel de 200 ml/L et un contenu veineux de 150 ml/L, la consommation d’O2 est de 250 ml/min.

💡 Astuce mémo

L’hémoglobine joue le rôle de camions transportant l’oxygène

📖 7. Transport du dioxyde de carbone

📝 Points essentiels

• Le CO2 est transporté sous trois formes:
  • Bicarbonate : environ 70 %
  • CO2 lié à l’hémoglobine : 20 %
  • CO2 dissous dans le plasma : 10 %

📐 Formule — Dans le sang, le CO2 réagit avec l’eau selon la succession $CO_2+H_2O\rightleftharpoons H_2CO_3\rightleftharpoons HCO_3^-+H^+$.

💡 Astuce mémo

70 % bicarbonate, 20 % carbamino, 10 % dissous

📖 8. Régulation et exercice

★ À maîtriser

• Les centres respiratoires du tronc cérébral assurent le contrôle non volontaire de la ventilation, tandis que le cortex permet son contrôle volontaire.

• Les chémorécepteurs périphériques répondent à une diminution du pH, une augmentation de la PCO2 ou une diminution de la PO2, tandis que les chémorécepteurs centraux répondent principalement à une diminution du pH et à une augmentation de la PCO2.

• Une diminution du pH, une augmentation de la PCO2 ou une diminution de la PO2 augmentent l’activité des chémorécepteurs, stimulent les centres respiratoires et accroissent l’activité des muscles respiratoires, ce qui augmente la ventilation.

• 🔄 Lors d’un exercice progressif:

  1. Accrochage lié aux facteurs nerveux
  2. Période transitoire liée aux facteurs humoraux
  3. État stable par équilibre des stimuli nerveux et humoraux

• Au-dessus du seuil ventilatoire, l’augmentation de la ventilation s’accompagne d’une hausse de la pression alvéolaire d’O2 jusqu’à environ 110 à 120 mmHg et d’une baisse de la pression alvéolaire de CO2 jusqu’à environ 25 à 30 mmHg.

Compléments

• Au-dessus du seuil lactique, la diminution du pH artériel provoque une hyperventilation.

💡 Astuce mémo

Accrochage nerveux → transition humorale → état stable

📊 Tableaux de synthèse

Ventilation au repos et à VO2max

Transport du CO2