Fiche de révision : Physiologie respiratoire fondamentale

📋 Plan du Cours

1. Organisation de l’appareil respiratoire
2. Alvéoles et membrane alvéolo-capillaire
3. Mécanique de la ventilation
4. Volumes et mesures ventilatoires
5. Lois des échanges gazeux
6. Diffusion alvéolo-capillaire
7. Transport sanguin de l’oxygène
8. Transport du dioxyde de carbone
9. Contrôle nerveux et chimique
10. Pathologies respiratoires

📖 1. Organisation de l’appareil respiratoire

🔑 Notions clés & Définitions

• Zone de conduction : La zone de conduction conduit, réchauffe, humidifie, filtre et nettoie l’air inspiré.

★ À maîtriser

• L’ascenseur mucociliaire piège les particules dans la couche superficielle visqueuse du mucus puis les déplace grâce aux cils dans la couche profonde fluide.

• L’arbre bronchique comprend une zone de conduction jusqu’aux bronchioles terminales, puis une zone respiratoire comprenant les bronchioles respiratoires, les sacs alvéolaires et les alvéoles.

Compléments

• La cavité nasale filtre les grosses particules grâce aux vibrisses, élimine des microbes par le mucus et les enzymes, humidifie l’air et le réchauffe grâce à sa vascularisation.

💡 Astuce mémo

Zone de conduction = préparer l’air ; zone respiratoire = échanger les gaz

📖 2. Alvéoles et membrane alvéolo-capillaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Membrane alvéolo-capillaire : sépare l’espace alvéolaire du sang capillaire et présente une épaisseur de 0,2 à 0,5 μm
• Surfactant : Le surfactant est un mélange de protéines et de lipides produit par les pneumocytes de type II qui réduit la tension superficielle alvéolaire.

★ À maîtriser

• Les pneumocytes de type I constituent la membrane alvéolo-capillaire, tandis que les pneumocytes de type II sécrètent le surfactant.

Compléments

• L’hypophase alvéolaire doit rester minimale, inférieure à 200 nm, pour permettre des échanges gazeux efficaces grâce à la clairance alvéolaire.

💡 Astuce mémo

Une alvéole entourée d’un fin réseau capillaire

📖 3. Mécanique de la ventilation

★ À maîtriser

• 🔄 L’inspiration suit cette chaîne: contraction des muscles inspiratoires, augmentation du volume thoracique, dilatation des poumons, diminution de la pression intra-alvéolaire, entrée de l’air jusqu’à égalisation des pressions

• L’expiration calme résulte du relâchement du diaphragme et des muscles intercostaux, puis du retour élastique des poumons à leur étirement initial.

Compléments

• Le diaphragme produit environ 75 % des variations du volume thoracique.

📐 Formule — La pression transpulmonaire vérifie $P_{tp}=P_{alv}-P_{pl}$.

💡 Astuce mémo

Contraction → volume thoracique ↑ → pression alvéolaire ↓ → inspiration

📖 4. Volumes et mesures ventilatoires

🔑 Notions clés & Définitions

• Volume courant : la quantité d’air inspirée ou expirée à chaque respiration au repos et vaut environ 500 mL chez l’adulte

★ À maîtriser

📐 Formule — Les principales capacités respiratoires vérifient $CRF=VRE+VR$, $CI=VC+VRI$, $CV=VC+VRI+VRE$ et $CPT=VC+VRI+VRE+VR$.

📐 Formule — La ventilation-minute vérifie $V_E=V_C\times F_R$ et vaut environ 6 L/min au repos avec un volume courant de 0,5 L et une fréquence respiratoire de 12 respirations/min.

Compléments

• Chez l’homme adulte, les volumes de réserve sont:
  • volume de réserve inspiratoire : 3100 mL
  • volume de réserve expiratoire : 1200 mL
  • volume résiduel : 1200 mL

💡 Astuce mémo

VC, VRI, VRE, VR forment les capacités pulmonaires

📖 5. Lois des échanges gazeux

★ À maîtriser

📐 Formule — Selon la loi de Dalton, la pression partielle d’un gaz vérifie $P_{gaz}=F_{gaz}\times P_{totale}$.

📐 Formule — Selon la loi de Henry, la quantité de gaz dissous dans un liquide est proportionnelle à la pression exercée par ce gaz, selon $Gaz\ dissous=a\times P_{gaz}$.

Compléments

• À la pression atmosphérique de 760 mmHg, la pression partielle de l’oxygène atmosphérique est de 159 mmHg, tandis qu’au sommet de l’Everest, à 234 mmHg, elle est de 49 mmHg.

💡 Astuce mémo

Gradient de pression partielle → diffusion des gaz

📖 6. Diffusion alvéolo-capillaire

★ À maîtriser

📐 Formule — La loi de Fick indique que le flux diffusif augmente avec la surface et le gradient de pression partielle, et diminue avec l’épaisseur de la membrane, selon $V_{gaz}=\frac{S\times d\times(P_1-P_2)}{E}$.

• Le transfert de l’oxygène entre l’alvéole et le capillaire comprend la diffusion à travers la membrane alvéolo-capillaire puis la combinaison chimique avec l’hémoglobine.

• Au repos, l’équilibration des pressions partielles d’oxygène entre l’alvéole et le capillaire se fait en environ un tiers du temps de transit capillaire, si bien que la diffusion n’est pas limitante chez le sujet sain.

Compléments

• La solubilité du dioxyde de carbone est environ 20 fois supérieure à celle de l’oxygène, ce qui explique une capacité de diffusion du CO₂ très supérieure à celle de l’O₂.

💡 Astuce mémo

O₂ : membrane puis hémoglobine ; CO₂ : diffusion facilitée

📖 7. Transport sanguin de l’oxygène

★ À maîtriser

📐 Formule — Le contenu artériel en oxygène vérifie $C_{aO_2}=(P_{aO_2}\times0{,}003)+([Hb]\times1{,}34\times S_{O_2})$.

• L’hémoglobine comprend une globine formée de deux sous-unités α et deux sous-unités β, chacune portant un groupement hème contenant un atome de fer Fe²⁺ capable de fixer une molécule d’oxygène.

📌 L’augmentation de la PCO₂, la diminution du pH et l’augmentation de la température diminuent l’affinité de l’hémoglobine pour l’oxygène et favorisent sa libération tissulaire, selon l’effet Bohr.

• Le monoxyde de carbone a une affinité environ 200 fois plus forte que l’oxygène pour l’hémoglobine, bloque celle-ci sous forme R et empêche la libération tissulaire d’oxygène.

Compléments

• Un gramme d’hémoglobine fixe 1,39 mL d’oxygène et une concentration d’hémoglobine d’environ 15 g/100 mL permet de transporter environ 20,8 mL d’oxygène pour 100 mL de sang.

💡 Astuce mémo

L’hémoglobine comme quatre sièges à O₂ dans le globule rouge

📖 8. Transport du dioxyde de carbone

★ À maîtriser

• Le CO₂ est transporté sous trois formes:

  • dissous dans le plasma : 7 à 10 %
  • lié à l’hémoglobine sous forme de carbhémoglobine : 20 à 30 %
  • sous forme d’ions bicarbonate : 60 à 70 %

• Dans les hématies, le dioxyde de carbone réagit avec l’eau pour former de l’acide carbonique, qui se dissocie en ions H⁺ et bicarbonate sous l’action de l’anhydrase carbonique.

Compléments

📌 L’effet Haldane relie l’oxygénation de l’hémoglobine au transport du CO₂, tandis que le pouvoir tampon de l’hémoglobine limite les variations de pH liées aux ions H⁺.

💡 Astuce mémo

CO₂ : dissous, carbhémoglobine, bicarbonate

📖 9. Contrôle nerveux et chimique

★ À maîtriser

• Le groupe respiratoire ventral du bulbe rachidien contient les centres générateurs du rythme respiratoire, tandis que le groupe respiratoire dorsal intègre les informations sensorielles périphériques et module ce rythme.

• Une augmentation de la PaCO₂ augmente la concentration de H⁺ dans le liquide céphalorachidien, stimule les chémorécepteurs centraux et périphériques, puis augmente la ventilation afin de diminuer la PaCO₂.

• Une PaO₂ inférieure à 60 mmHg stimule les chémorécepteurs périphériques carotidiens et aortiques et augmente la ventilation.

Compléments

• Le groupe respiratoire pontin limite la durée de l’inspiration, facilite la transition vers l’expiration et module l’activité du groupe respiratoire ventral.

• L’eupnée correspond à environ 12 respirations par minute, avec une inspiration d’environ 2 secondes et une expiration d’environ 3 secondes.

• L’hyperventilation volontaire avant une apnée diminue fortement la PaCO₂, retarde le point de rupture respiratoire et augmente le risque d’hypoxémie et d’évanouissement.

💡 Astuce mémo

CO₂ ↑ ou O₂ ↓ → chémorécepteurs → ventilation ↑

📖 10. Pathologies respiratoires

★ À maîtriser

• L’asthme associe une bronchoconstriction épisodique ou chronique, une inflammation des voies respiratoires et une hypersensibilité aux agents irritants.

• La mucoviscidose est due à une mutation du gène CFTR codant un canal chlorure, ce qui épaissit le mucus, altère l’ascenseur mucociliaire et favorise les infections pulmonaires chroniques.

📌 L’œdème pulmonaire d’origine cardiaque résulte d’une augmentation des pressions microvasculaires pulmonaires, tandis que l’œdème lésionnel résulte d’une perte d’intégrité de la barrière alvéolo-capillaire.

• La fibrose pulmonaire entraîne:
  • prolifération des fibroblastes pulmonaires
  • accumulation de matrice extracellulaire
  • remaniement du parenchyme pulmonaire
  • diminution de la capacité de diffusion

Compléments

• À l’exercice, la diminution de la capacité de diffusion et le raccourcissement du temps de transit capillaire peuvent empêcher la PO₂ du sang d’atteindre la valeur alvéolaire et provoquer une hypoxémie.

💡 Astuce mémo

Obstruction = voies aériennes rétrécies ; restriction = poumon moins distensible

📊 Tableaux de synthèse

Transport des gaz dans le sang