Fiche de révision : Physiologie de la ventilation

📋 Plan du Cours

1. Ventilation et homéostasie
2. Voies aériennes de conduction
3. Plèvre et pneumothorax
4. Alvéoles et échanges gazeux
5. Surfactant alvéolaire
6. Muscles de la ventilation
7. Commande nerveuse ventilatoire
8. Volumes et débit ventilatoires
9. Récepteurs et régulation ventilatoire
10. Pressions partielles et échanges gazeux

📖 1. Ventilation et homéostasie

🔑 Notions clés & Définitions

• Homéostasie : Ajustage constant de la composition du milieu intérieur et du fonctionnement des systèmes aux besoins de l’organisme et aux sollicitations de l’environnement, dans un équilibre dynamique perpétuel.
• Fonction hématosique : Maintien de la composition normale des liquides de l’organisme.
• Constante : Valeur variable dont les fluctuations sont limitées dans le temps et dans leur ordre de grandeur, comme la pression artérielle ou le rythme cardiaque.

📝 Points essentiels

• La ventilation permet les échanges gazeux entre le milieu intérieur liquidien de l’organisme et l’atmosphère qui pénètre dans les alvéoles.

💡 Astuce mémo

Milieu intérieur liquidien, milieu extérieur atmosphérique

📖 2. Voies aériennes de conduction

★ À maîtriser

• Les voies aérophores extrapulmonaires comprennent :

  • les fosses nasales
  • le rhinopharynx
  • le larynx
  • la trachée

• Les voies aérophores extrapulmonaires réchauffent, humidifient et filtrent l’air grâce à des cellules ciliées qui libèrent du mucus et emprisonnent certains éléments pathogènes.

• Dans les poumons, les bronches se ramifient en bronchioles terminales, qui se prolongent par des bronchioles respiratoires puis des conduits alvéolaires débouchant dans des sacs alvéolaires accueillant l’air inspiré.

Compléments

• Le réchauffement de l’air entrant augmente sa concentration en eau.

📖 3. Plèvre et pneumothorax

🔑 Notions clés & Définitions

• Plèvre : Séreuse à deux feuillets entourant chaque poumon, dont les feuillets recouvrent l’intérieur du thorax et la surface du poumon.
• Pneumothorax : Entrée d’air dans la cavité pleurale, notamment après une perforation du feuillet pleural externe, qui rompt le lien liquidien maintenant le poumon contre la paroi thoracique.

★ À maîtriser

• Un film pleural liquidien très fin maintient le poumon contre la paroi thoracique et permet aux feuillets pleuraux de coulisser sans frottements lors des variations de volume.

Compléments

• Lors d’un pneumothorax, la paroi thoracique se dilate vers l’extérieur et la force de rétraction du poumon provoque son affaissement sur lui-même.

💡 Astuce mémo

Air dans la cavité pleurale → perte du lien entre poumon et paroi

📖 4. Alvéoles et échanges gazeux

🔑 Notions clés & Définitions

• Emphysème : Destruction des espaces aériens distaux, souvent secondaire au tabagisme, qui réduit la surface d’échange et peut entraîner une insuffisance respiratoire grave.

★ À maîtriser

• Les sacs alvéolaires, regroupés en grappes et fortement vascularisés, sont le lieu des échanges entre l’atmosphère et le milieu intérieur.

• Les alvéoles comportent des pneumocytes de type I structuraux et des pneumocytes de type II sécréteurs.

Compléments

• Une surface d’échange alvéolaire plus importante permet davantage d’échanges gazeux, et un plus grand nombre d’alvéoles augmente cette surface.

• Dans l’emphysème lié au tabagisme, les molécules oxydantes de la fumée détruisent les parois cellulaires, déclenchent une réponse inflammatoire et les médiateurs chimiques de l’inflammation détruisent progressivement les alvéoles.

• Dans l’emphysème, la perte du rappel élastique pulmonaire limite l’expiration, diminue la pression motrice expiratoire, augmente les résistances bronchiques et entraîne une hyperinflation pulmonaire.

📖 5. Surfactant alvéolaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Surfactant : Substance qui tapisse l’alvéole, établit l’interface entre le milieu liquidien intérieur et l’air extérieur et agit comme un tensioactif amphiphile modifiant la tension superficielle.

★ À maîtriser

• Le surfactant limite les interactions entre les molécules d’eau et permet l’élargissement des alvéoles pour faciliter l’entrée de l’air.

Compléments

• Le surfactant est fabriqué et libéré lors du dernier mois de grossesse.

💡 Astuce mémo

Comme le liquide vaisselle qui permet de gonfler un ballon contenant de l’eau

📖 6. Muscles de la ventilation

★ À maîtriser

• L’inspiration est active et mobilise principalement le diaphragme, dont la contraction participe à la ventilation.

• À l’expiration, les muscles inspiratoires se décontractent, remontent et compriment l’air dans les poumons en diminuant le volume de la cage thoracique.

Compléments

• La contraction des muscles intercostaux externes augmente le volume de la cage thoracique et des poumons.

• Les scalènes sont des muscles inspiratoires accessoires sollicités notamment en cas d’insuffisance respiratoire, comme dans l’asthme.

💡 Astuce mémo

Inspiration active, expiration passive

📖 7. Commande nerveuse ventilatoire

★ À maîtriser

• Un centre nerveux envoie par des motoneurones un ordre aux muscles respiratoires, qui sont les effecteurs de la ventilation.

• La région bulbo-pontique assure l’automatisme ventilatoire grâce aux centres :

  • pneumotaxique
  • apneustique
  • inspiratoire

• La jonction neuromusculaire est toujours excitatrice et fait intervenir l’acétylcholine, qui se fixe notamment sur les récepteurs nicotiniques.

📐 Formule - Le débit d’air vérifie $\dot V = \frac{P_{\mathrm{atm}}-P_{\mathrm{alv}}}{R}$, où $R$ est la résistance des voies aériennes.

📌 L’air se déplace des hautes pressions vers les basses pressions, et le gradient de pression qui le met en mouvement est créé sans que la pression de l’air atmosphérique change.

📐 Formule - À température constante, la loi de Boyle exprime la relation $P_1V_1=P_2V_2$ entre la pression et le volume d’une quantité donnée de gaz.

• Au cours d’un cycle ventilatoire, les pressions alvéolaires et les mouvements d’air évoluent selon les étapes suivantes.

Compléments

• Les hémisphères cérébraux interviennent lorsque la ventilation est volontaire.

• La région bulbo-pontique produit 15 cycles ventilatoires par minute.

📌 La réduction du diamètre des voies aériennes augmente la résistance et diminue le débit, tandis qu’un débit plus important correspond à une différence de pression plus grande.

• Le liquide intrapleural solidarise les poumons et la cage thoracique, tandis que la traction vers l’extérieur et la rétraction élastique des poumons vers l’intérieur produisent une pression intrapleurale inférieure d’environ 3 mm Hg à la pression atmosphérique.

💡 Astuce mémo

Hémisphères cérébraux pour le volontaire, région bulbo-pontique pour l’automatique

📖 8. Volumes et débit ventilatoires

★ À maîtriser

• Le volume courant, ou volume tidal, est de 0,5 L.

• Le volume résiduel des alvéoles est de 1,2 L, quelle que soit la variation du VRI et du VRE.

📐 Formule - Le débit ventilatoire est le produit de la fréquence ventilatoire par le volume courant : $\dot V_E=f\times V_T$; il s’exprime en L/min lorsque le volume courant est exprimé en litres.

Compléments

• Le volume de réserve inspiratoire (VRI) et le volume de réserve expiratoire (VRE) varient notamment selon l’intensité de l’effort.

• Le volume courant peut augmenter lorsque l’amplitude des contractions du diaphragme augmente ; une augmentation de la fréquence ventilatoire seule n’augmente pas le volume courant.

📖 9. Récepteurs et régulation ventilatoire

📝 Points essentiels

• Les récepteurs extra-pulmonaires impliqués dans la ventilation comprennent les propriocepteurs, les thermorécepteurs, les barorécepteurs, les nocicepteurs et les chimiorécepteurs.

• Dans l’expérience de Fredericq (1890), les têtes de deux chiens sont irriguées par le corps de l’autre ; l’asphyxie et l’hypoventilation du chien A s’accompagnent d’une hyperventilation du chien B, dont les centres respiratoires reçoivent le sang du corps de A.

• L’expérience de Fredericq montre que les centres respiratoires du chien B réagissent à la composition chimique du sang provenant du corps du chien A, notamment à l’augmentation de sa concentration en CO₂.

• Les centres ventilatoires situés à la base du cerveau détectent les pressions partielles d’O₂ et de CO₂ grâce à des chimiorécepteurs, puis transmettent l’information aux motoneurones, dont la réponse provoque la contraction des muscles.

📖 10. Pressions partielles et échanges gazeux

★ À maîtriser

📐 Formule - La loi des pressions partielles de Dalton énonce que la pression totale d’un mélange gazeux est la somme des pressions partielles de ses gaz, et qu’une pression partielle se calcule par $P_i=x_iP_{\mathrm{tot}}$, où $x_i$ est la proportion du gaz.

• La composition du gaz alvéolaire dépend des échanges gazeux pulmonaires, de l’humidification de l’air dans les zones de conduction et du mélange avec le volume résiduel.

📌 Selon la loi de Henry, lorsqu’un mélange gazeux entre en contact avec une phase liquide, chaque gaz se dissout en fonction de la différence de sa pression partielle entre les deux phases.

• Lorsque la pression de CO₂ augmente dans le milieu intérieur par rapport aux alvéoles, le CO₂ passe du milieu intérieur liquide vers la phase gazeuse alvéolaire ; lorsque la pression d’O₂ est plus basse dans le milieu intérieur que dans les alvéoles, l’O₂ passe des alvéoles vers le milieu intérieur.

• Le taux de diffusion des gaz dépend :

  • du gradient de pression partielle
  • de la solubilité des gaz
  • du couplage ventilation-perfusion
  • de la surface d’échange
  • de la perméabilité du gaz
  • de l’épaisseur de la membrane

📐 Formule - Selon la loi de diffusion de Fick, le taux de diffusion est proportionnel au produit de la surface d’échange, de la différence de concentration et de la perméabilité du gaz, et inversement proportionnel à l’épaisseur de la membrane : $\text{Taux de diffusion}=\frac{\text{Surface d’échange}\times\text{Différence de concentration}\times\text{Perméabilité du gaz}}{\text{Épaisseur de la membrane}}$.

Compléments

• Les voies aériennes réchauffent et humidifient l’air, ce qui augmente la pression partielle de vapeur d’eau.

• La pression partielle d’O₂ est de 110 mm Hg lorsque la pression atmosphérique est de 563 mm Hg à 3 000 mètres d’altitude.

• À 30 mètres de profondeur, la pression atmosphérique est de 4 atmosphères, soit 3 040 mm Hg, et les pressions partielles sont multipliées par quatre.

• La dissolution d’un gaz dans un liquide augmente avec sa pression partielle dans la phase gazeuse et sa solubilité, mais diminue lorsque la température du liquide augmente.

• Le CO₂ est 20 fois plus soluble que l’O₂ dans un liquide.

📐 Formule - La dissolution du CO₂ dans l’eau suit la relation $\mathrm{H_2O+CO_2\rightarrow H_2CO_3\rightarrow H^++HCO_3^-}$, associée à l’acidose.

• La pression partielle d’O₂ alvéolaire diffère de celle de l’atmosphère parce que des échanges ont lieu dans les alvéoles, où persiste aussi un volume résiduel.

• Dans les tissus, le métabolisme consomme l’O₂, qui se transforme en H₂O, et produit du CO₂ à partir du glucose via le pyruvate ; l’O₂ diffuse vers les cellules et le CO₂ vers le milieu intérieur, puis le sang transporte les gaz vers les poumons où le CO₂ diffuse vers les alvéoles et l’O₂ rejoint le sang.

💡 Astuce mémo

Gradient de pression partielle → dissolution et diffusion du gaz.