Fiche de révision : Physiologie respiratoire

📋 Plan du Cours

1. Voies aériennes et interface alvéolaire
2. Volumes pulmonaires et ventilation
3. Circulation pulmonaire
4. Diffusion alvéolo-capillaire
5. Transport de l’oxygène
6. Transport du dioxyde de carbone
7. Mécanique ventilatoire et muscles
8. Compliance et équilibre respiratoire
9. Résistances des voies aériennes

📖 1. Voies aériennes et interface alvéolaire

★ À maîtriser

• Le volume mort anatomique correspond à l’air mobilisé dans les voies aériennes qui ne participe pas aux échanges gazeux et représente environ 150 millilitres.

• La surface d’échange alvéolo-capillaire est d’environ 80 à 100 m² et son épaisseur est inférieure à 1 micron.

• Les artères pulmonaires suivent les subdivisions bronchiques jusqu’aux capillaires alvéolaires, puis le sang rejoint les veinules et les veines pulmonaires vers le cœur gauche.

Compléments

• Les voies aériennes supérieures s’étendent jusqu’au-dessus de la glotte, tandis que les voies aériennes inférieures commencent sous les cordes vocales et comprennent la trachée jusqu’aux bronchioles terminales.

• La surface de section cumulée des voies aériennes augmente au fil des subdivisions et atteint environ 800 000 centimètres carrés au niveau des sacs alvéolaires.

📖 2. Volumes pulmonaires et ventilation

🔑 Notions clés & Définitions

• Volume courant : Volume d’air qui entre et sort à chaque cycle respiratoire et vaut environ 500 millilitres au repos.
• Capacité vitale : Volume maximal mobilisable entre une inspiration forcée et une expiration forcée et vaut environ 4,5 litres.
• Volume résiduel : Volume d’air restant dans les poumons après une expiration forcée et vaut environ 1,5 litre.

★ À maîtriser

📐 Formule - Au repos, la ventilation externe vérifie $\dot V_E = V_T \times f_R$, où $V_T$ est le volume courant et $f_R$ la fréquence respiratoire.

📌 Le volume mort physiologique comprend l’espace mort anatomique et le volume des alvéoles ventilées mais non perfusées.

Compléments

📌 La capacité pulmonaire totale est la somme de la capacité vitale et du volume résiduel.

• Les volumes mobilisables, notamment le volume courant et la capacité vitale, sont mesurés par pneumotachographe, tandis que la pléthysmographie permet notamment d’obtenir la capacité pulmonaire totale.

📖 3. Circulation pulmonaire

🔑 Notions clés & Définitions

• PAPO : Pression artérielle pulmonaire occluse, mesurée par cathétérisme cardiaque droit, qui reflète la pression veineuse pulmonaire lorsque l’occlusion transmet la pression depuis l’extrémité du cathéter.

★ À maîtriser

• La circulation pulmonaire assure les échanges gazeux, la conversion de l’angiotensine I en angiotensine II par l’enzyme de conversion, un rôle de réservoir sanguin, un rôle de filtre circulatoire et un rôle nutritif pour le parenchyme pulmonaire.

• La circulation pulmonaire est un système à basse pression, en comparaison de la circulation systémique.

📌 En position debout, les bases pulmonaires sont mieux perfusées que les apex et sont également généralement mieux ventilées que les apex.

• L’hypoxémie provoque une vasoconstriction pulmonaire, qui réduit l’effet shunt lorsqu’elle est localisée, mais devient généralisée en cas d’hypoxémie globale.

Compléments

• La circulation bronchique dérive environ 1 % du débit cardiaque à la sortie du ventricule gauche et possède des anastomoses avec la circulation pulmonaire.

• Lors d’une augmentation du débit cardiaque, le recrutement de territoires pulmonaires et la vasodilatation de capillaires déjà ouverts limitent l’élévation des pressions pulmonaires.

💡 Astuce mémo

Hypoxémie locale → vasoconstriction locale → réduction de l’effet shunt

📖 4. Diffusion alvéolo-capillaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Loi de Fick : Relation selon laquelle la diffusion gazeuse est proportionnelle à la surface de la membrane et au gradient de pression, et inversement proportionnelle à son épaisseur, avec une constante propre à chaque membrane.

★ À maîtriser

• La pression partielle alvéolaire en oxygène est d’environ 100 mmHg, contre environ 40 mmHg dans le sang veineux entrant dans le capillaire pulmonaire, ce qui entraîne une diffusion de l’oxygène vers le sang.

• La pression partielle en dioxyde de carbone est d’environ 40 mmHg dans l’alvéole et 47 mmHg dans le sang veineux entrant, ce qui entraîne une diffusion du CO₂ vers l’alvéole.

Compléments

• En cas de diffusion alvéolaire normale, la pression partielle en oxygène du sang s’équilibre avec celle de l’alvéole vers le premier tiers du trajet capillaire.

💡 Astuce mémo

O₂ : alvéole → sang ; CO₂ : sang → alvéole

📖 5. Transport de l’oxygène

🔑 Notions clés & Définitions

• Effet Bohr : Diminution de l’affinité de l’hémoglobine pour l’oxygène provoquée par une augmentation du CO₂ et une diminution du pH.

★ À maîtriser

• L’oxygène est transporté majoritairement fixé à l’hémoglobine et seule une faible fraction circule dissoute dans le sang.

• L’hémoglobine est composée de quatre chaînes, deux alpha et deux bêta, associées à un composé hémique contenant du fer qui fixe réversiblement l’oxygène.

• Le pouvoir fixant oxyphorique de l’hémoglobine est de 1,34 ml d’oxygène par gramme.

• L’affinité de l’hémoglobine pour l’oxygène diminue lorsque :

  • le pH diminue
  • la température augmente
  • la pression partielle en CO₂ augmente
  • la concentration en 2,3-DPG augmente

Compléments

• Pour une concentration sanguine d’hémoglobine de 15 grammes, un sujet sain peut fixer environ 20 ml d’oxygène pour 100 ml de sang.

💡 Astuce mémo

Alvéoles : l’hémoglobine fixe l’O₂ ; tissus : elle le libère

📖 6. Transport du dioxyde de carbone

★ À maîtriser

• Le CO₂ est plus soluble dans les liquides que l’oxygène et est transporté sous forme dissoute dans le plasma, sous forme d’ions bicarbonate et sous forme de composés carbaminés liés aux protéines.

📐 Formule - Dans le sang, le CO₂ et l’eau forment de l’acide carbonique, qui se dissocie réversiblement selon $\mathrm{CO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3 \rightleftharpoons H^+ + HCO_3^-}$.

📐 Formule - Le pH est défini par la relation $\mathrm{pH = -\log_{10}[H^+]}$.

• Les bicarbonates représentent environ 60 % du CO₂ transporté dans le sang et sont majoritairement formés dans les globules rouges avant de diffuser vers le plasma.

📌 L’hémoglobine désoxygénée fixe davantage de CO₂ que l’hémoglobine oxygénée, ce qui participe à l’effet Haldane et facilite la libération du CO₂ lors de l’oxygénation pulmonaire.

• Une augmentation de la ventilation élimine davantage de CO₂ et tend à augmenter le pH, tandis qu’une diminution de la ventilation favorise la rétention de CO₂ et tend à diminuer le pH.

Compléments

• L’anhydrase carbonique des globules rouges accélère la transformation du CO₂ et de l’eau en acide carbonique.

• Lors du déplacement chlorure, les bicarbonates sortent des globules rouges vers le plasma en échange d’ions chlorure qui entrent afin de maintenir l’électroneutralité.

📖 7. Mécanique ventilatoire et muscles

★ À maîtriser

📌 La ventilation repose sur un système actif constitué des muscles respiratoires et sur un système passif constitué notamment des voies aériennes, du parenchyme pulmonaire et de la cage thoracique élastiques.

• À l’inspiration, la contraction des muscles inspiratoires abaisse le diaphragme, augmente le volume thoracique, diminue les pressions pleurale et alvéolaire, puis fait entrer l’air lorsque la pression alvéolaire devient inférieure à la pression atmosphérique.

• Au repos, l’expiration résulte du relâchement des muscles inspiratoires et du recul élastique, qui diminuent le volume pulmonaire et font sortir l’air lorsque la pression alvéolaire dépasse la pression atmosphérique.

• Le diaphragme est le principal muscle inspiratoire et sa commande motrice passe par les nerfs phréniques dont les motoneurones se situent principalement aux segments médullaires C3 à C5.

Compléments

• Les muscles inspiratoires accessoires comprennent :

  • les intercostaux externes
  • les scalènes
  • les sternocléidomastoïdiens

• Les muscles abdominaux participent à l’expiration forcée en augmentant la pression intra-abdominale et en poussant le diaphragme vers le haut.

💡 Astuce mémo

Diaphragme se contracte → thorax s’agrandit → pression alvéolaire baisse → l’air entre

📖 8. Compliance et équilibre respiratoire

🔑 Notions clés & Définitions

• Compliance : Capacité du système respiratoire à se déformer sous l’effet des variations de pression et qui s’étudie à l’aide de courbes pression-volume.

★ À maîtriser

• À la capacité résiduelle fonctionnelle, la tendance des poumons à se rétracter s’équilibre avec celle de la cage thoracique à s’expanser.

• Dans l’emphysème sévère, la destruction du parenchyme réduit l’élasticité pulmonaire et augmente la compliance, ce qui favorise le collapsus des voies aériennes distales en expiration.

Compléments

• L’expiration à lèvres pincées crée une pression expiratoire positive qui aide à maintenir ouvertes les voies aériennes chez les patients atteints de BPCO.

• L’obésité et la cyphoscoliose diminuent la compliance du système respiratoire et peuvent réduire la capacité résiduelle fonctionnelle.

• En position allongée, la capacité résiduelle fonctionnelle diminue généralement.

📖 9. Résistances des voies aériennes

🔑 Notions clés & Définitions

• Résistance des voies aériennes : Opposition à l’écoulement de l’air dans les bronches qui dépend notamment du calibre des conduits, du débit et du régime d’écoulement.

★ À maîtriser

📌 En régime laminaire, le fluide circule en couches ordonnées aux trajectoires globalement parallèles, tandis qu’en régime turbulent il forme des mouvements désordonnés et des tourbillons.

📐 Formule - Dans le modèle d’un tube cylindrique en régime laminaire, la loi de Poiseuille donne une résistance proportionnelle à $\frac{\eta L}{r^4}$, où $\eta$ est la viscosité, $L$ la longueur et $r$ le rayon du conduit.

📌 Les petites voies aériennes ont un faible diamètre individuel, mais leur grand nombre en parallèle augmente la surface de section totale et limite leur contribution à la résistance totale normale.

• La compression dynamique réduit le diamètre des voies aériennes en expiration, surtout dans les régions distales sans soutien cartilagineux, et est favorisée dans la BPCO ou l’emphysème par la perte de recul élastique.

Compléments

• Dans le modèle de Poiseuille, diviser par deux le rayon d’un conduit multiplie sa résistance théorique par 16.

• Dans les conditions physiologiques habituelles, les bronches de moyen calibre contribuent de manière importante à la résistance totale de l’arbre respiratoire.

• La contraction du muscle lisse bronchique réduit le calibre des bronches et augmente la résistance à l’écoulement de l’air.

💡 Astuce mémo

Petits conduits individuels étroits, mais nombreuses branches parallèles : faible résistance totale périphérique

📊 Tableaux de synthèse

Transport de l’oxygène et du CO₂