Fiche de révision : Principes fondamentaux de la respiration

📋 Plan du Cours

1. Fonctions de la respiration
2. Anatomie fonctionnelle respiratoire
3. Voies aériennes supérieures
4. Mécanique ventilatoire et volumes pulmonaires
5. Lois physiques de la ventilation
6. Échanges gazeux et respiration cellulaire
7. Transport sanguin des gaz
8. Contrôle nerveux de la respiration

📖 1. Fonctions de la respiration

🔑 Notions clés & Définitions

• Respiration : Ensemble des phénomènes qui assurent les échanges gazeux entre l’air et la cellule vivante et permettent l’oxygénation tissulaire.
• Élimination du CO2 : Processus par lequel le gaz carbonique produit par les cellules est retiré de l’organisme vers le milieu ambiant.
• Maintien du pH sanguin : Fonction respiratoire qui contribue à garder le pH du sang dans une valeur normale malgré l’équilibre acido-basique.
• Défense respiratoire : Fonction assurée par les voies aériennes qui protège l’organisme contre des particules et agents présents dans l’air.

📝 Points essentiels

• La respiration assure aussi les échanges gazeux entre le milieu ambiant et la cellule vivant, l’oxygénation tissulaire et l’élimination du CO2.
• La respiration contribue au maintien d’un pH sanguin normal.
• La respiration participe à des fonctions non strictement gazeuses comme la phonation, et à la défense de l’organisme.

💡 Astuce mémo

Gaz O2 pour vivre + CO2 à enlever + pH stable + défense + voix.

📖 2. Anatomie fonctionnelle respiratoire

🔑 Notions clés & Définitions

• Cage thoracique : Structure composée de squelette, muscles, tendons et ligaments, et de tissu adipeux, qui participe à la mécanique ventilatoire.
• Voies aériennes : Conduits allant des fosses nasales jusqu’aux bronches, assurant ventilation, déglutition et fonctions sensorielles et de défense.
• Plèvre : Séreuse entourant le poumon et la paroi thoracique, contenant un espace pleural avec liquide pleural.
• Muscles respiratoires : Muscles striés squelettiques assurant la ventilation grâce à une activité rythmique modulable par le contrôle nerveux.

📝 Points essentiels

• Le système comprend cage thoracique, voies aériennes, plèvre et muscles respiratoires.
• Les muscles respiratoires ont une activité permanente y compris pendant le sommeil et sont modulables par l’activité corticale.
• La plèvre viscérale recouvre le poumon, la plèvre pariétale recouvre la cage thoracique et le médiastin, avec un espace pleural entre les deux.
• Chez le sujet normal, le liquide pleural est d’environ 2 ml et est réabsorbé en continu par les vaisseaux lymphatiques.

💡 Astuce mémo

C-T-P-M : Cage Thoracique, Plèvre, Voies, Muscles.

📖 3. Voies aériennes supérieures

🔑 Notions clés & Définitions

• Fosses nasales : Zone supérieure tapissée d’une muqueuse respiratoire très vascularisée contenant des cellules à mucus et ciliées et une muqueuse olfactive.
• Pharynx : Carrefour aéro-digestif riche en innervation sensitivo-motrice impliquant des paires de nerfs crâniens.
• Larynx : Structure où l’épiglotte bascule lors de la déglutition pour empêcher le bol alimentaire d’atteindre les voies aériennes inférieures.
• Défense par mucocils : Mécanisme de protection où les cils battent vers le pharynx et le mucus piège les particules.

📝 Points essentiels

• Les cils battent en continu vers le pharynx et les particules collent au mucus puis sont refoulées vers le haut.
• La muqueuse nasale contient aussi une muqueuse olfactive avec des cellules du nerf olfactif.
• Le pharynx est innervé par des nerfs crâniens cités V, IX, X, XII.
• La mucoviscidose peut entraîner un encombrement car le mucus sécrété manque de fluidité.

💡 Astuce mémo

Nez–Mucus–Cils : piège en mucus puis remonte vers le pharynx.

📖 4. Mécanique ventilatoire et volumes pulmonaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Compliance : Propriété d’un tissu qui se distend ou se déforme facilement sous l’effet des pressions.
• Elastance : Tendance d’un tissu à s’opposer à l’étirement et à revenir à sa forme initiale après arrêt de l’étirement.
• Tension de surface alvéolaire : Force de cohésion des molécules à l’interface air-liquide qui tend à favoriser le collapsus alvéolaire.
• Surfactant : Film tensioactif endo-alvéolaire sécrété par les pneumocytes II qui diminue la tension de surface et stabilise l’alvéole.
• Volume courant : Volume d’air qui entre dans les poumons au cours d’une inspiration unique et qui est approximativement égal au volume expiré.

📝 Points essentiels

• L’expiration calme est passive, tandis que l’expiration forcée devient active.
• Compliance et elastance sont liées par la relation Compliance = 1/Elastance.
• À l’équilibre, le poumon a des échanges déterminés par la ventilation et la respiration cellulaire via les étapes ventilation, échanges alvéolo-gazeux et transport.
• La surface alvéolaire est d’environ 143 ± 4 m2, pour environ 300 x 10^6 alvéoles.
• La compliance pulmonaire suit : Cp = ΔVp / Δ(Palv – Pip).

💡 Astuce mémo

Surfactant = moins de tension de surface → plus de compliance → moins de travail inspiratoire.

📖 5. Lois physiques de la ventilation

🔑 Notions clés & Définitions

• Loi d’écoulement de masses : Principe selon lequel l’air se déplace de zones de pression plus élevée vers des zones de pression plus basse sous forme passive.
• Loi de Boyle-Mariotte : Loi reliant les variations de volume et de pression pour décrire le comportement du gaz lors des changements de ventilation.
• Pression transpulmonaire : Différence qui s’oppose à la rétraction élastique du poumon en reliant pressions alvéolaire et pleurale.
• Pression atmosphérique : Pression de référence du système respiratoire, notée Patm ou PB, considérée constante dans l’exposé.

📝 Points essentiels

• L’air entre et sort des alvéoles de manière passive en réponse à des gradients de pression, du plus haut vers le plus bas.
• À l’échelle respiratoire, Patm = 0 mmHg, tandis que la pression barométrique est donnée comme ≈ 760 mmHg (≈ 101,3 kPa).
• La pression transpulmonaire vaut Ptp = Palv − Pip et le gradient (Palv − Pip) détermine la taille pulmonaire.
• La différence (Patm − Palv) détermine le débit de l’air.
• En fin d’expiration normale : Palv = 0 mmHg et Pip = −4 mmHg, donnant Palv − Pip = 4 mmHg.

💡 Astuce mémo

Débit : Patm − Palv ; Taille : Palv − Pip.

📖 6. Échanges gazeux et respiration cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Diffusion selon la pression partielle : Principe selon lequel un gaz diffuse du compartiment où sa pression partielle est la plus élevée vers celui où elle est plus faible.
• Ventilation alvéolaire : Apport d’air frais aux alvéoles qui conditionne les échanges gazeux alvéolo-capillaires.
• PO2 : Pression partielle de l’oxygène, utilisée pour prédire le sens et l’intensité de la diffusion.
• PCO2 : Pression partielle du dioxyde de carbone, utilisée pour décrire les échanges entre alvéoles et tissus.

📝 Points essentiels

• En conditions normales, la PO2 alvéolaire est environ 30 à 40% inférieure à la PO2 atmosphérique.
• Au niveau de la mer : PO2 atmosphérique est ~160 mmHg et PCO2 atmosphérique est ~0,3 mmHg.
• La PCO2 alvéolaire est largement supérieure à la PCO2 atmosphérique.
• Exemple au repos : avec ventilation alvéolaire de 4000 ml/min, la part O2 vaut 0,21 x 4000 = 840 ml par minute.
• Les étapes incluent ventilation, échange gazeux alvéolaire, transport sanguin puis respiration cellulaire.

💡 Astuce mémo

Gaz : diffusion du PO le plus haut vers le plus bas.

📖 7. Transport sanguin des gaz

🔑 Notions clés & Définitions

• Hémoglobine : Pigment des globules rouges contenant un groupement hème avec un atome de fer permettant de fixer une molécule d’O2.
• Teneur artérielle en O2 : Quantité d’oxygène présente dans le sang artériel sous forme dissoute et surtout liée à l’hémoglobine.
• Saturation HbO2 : Pourcentage de l’hémoglobine occupée par l’oxygène par rapport à la quantité maximale possible.
• Effet Haldane : Effet facilitateur du transport du CO2 quand l’hémoglobine est pauvre en O2 au niveau des tissus.
• Effet Bohr : Effet facilitateur du relargage d’O2 quand l’environnement est riche en CO2, déplaçant la courbe d’affinité.

📝 Points essentiels

• L’O2 est transporté à 97% lié à l’hémoglobine dans les globules rouges et à 3% dissous dans le plasma et le cytoplasme des GR.
• La teneur artérielle maximale en O2 est donnée par [Hb] x 1,39 + [O2]dissous = 21,15 ml/100 ml avec [Hb]=15 g/100 ml et [O2]dissous=0,3 ml/100 ml.
• L’affinité de l’hémoglobine est CO > O2 > CO2.
• Le CO2 est transporté : 10% dissous, 30% complexé à l’Hb et 60% sous forme d’ion bicarbonate.
• La réaction CO2 + H2O ↔ H+ + HCO3− se déroule dans le GR et l’HCO3− quitte le GR vers le plasma sous catalyse par l’anhydrase carbonique.

💡 Astuce mémo

Hb : O2 lié (97%) ; CO2 surtout en HCO3− (60%).

📖 8. Contrôle nerveux de la respiration

🔑 Notions clés & Définitions

• Automatisme respiratoire : Respiration automatique, rythmique et permanente née au niveau du tronc cérébral et modulée pour s’adapter aux besoins.
• Centre apneustique : Centre localisé dans la protubérance jouant un rôle de stimulation du centre bulbaire.
• Centre pneumotaxique : Centre situé au-dessus du centre apneustique, modulant l’activité des centres bulbaires selon les informations périphériques et centrales.
• Chémorécepteurs : Capteurs nerveux répondant à des variations chimiques, avec des localisations périphériques et centrales.

📝 Points essentiels

• La ventilation est contrôlée en permanence grâce aux informations qui arrivent des périphéries vers les centres respiratoires cérébraux.
• Entre mésencéphale et protubérance : respiration normale, alors que la jonction bulbe-moelle épinière mène à une apnée puis mort.
• Entre bulbe et protubérance : maintien de l’automatisme mais respiration irrégulière.
• PaO2 ↓ ou PaCO2 ↑ entraîne hyperventilation, tandis que PaO2 ↑ ou PaCO2 ↓ entraîne hypoventilation.
• Chémorécepteurs périphériques : glomus carotidiens (++) et aortiques répondant à PaO2 ↓, [H+] ↑ et PCO2 ↑ (via modification de [H+]).

💡 Astuce mémo

PaO2↓/PaCO2↑ → hyperventile ; PaO2↑/PaCO2↓ → hypoventile.

📊 Tableaux de synthèse

Transport O2 vs CO2

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Confondre pression atmosphérique et pression respiratoire sur l’échelle respiratoire : Patm vaut 0 mmHg pour les calculs présentés.
2. Inverser les déterminants de débit et de taille : Patm − Palv donne le débit, alors que Palv − Pip détermine la taille pulmonaire.
3. Penser que l’expiration calme est active : elle est décrite comme passive, tandis que l’expiration forcée est active.
4. Mélanger les rôles du surfactant : son effet principal présenté est sur la tension de surface et donc sur le collapsus et la compliance.
5. Croire que toute chute de PO2 entraîne une chute immédiate de saturation : le cours décrit une zone plate puis une chute rapide dans la zone verticale.
6. Mélanger les effets Haldane et Bohr : Haldane favorise le transport de CO2 quand Hb est pauvre en O2, Bohr favorise le relargage d’O2 quand CO2 est élevé.
7. Oublier que le CO2 sous forme de bicarbonate correspond à 60% et que la réaction se fait dans le GR.

✅ Checklist Examen

1. Définir la respiration et citer ses fonctions clés, y compris échanges gazeux, oxygénation, élimination du CO2, pH, phonation et défense.
2. Identifier les grands composants de l’anatomie fonctionnelle : cage thoracique, voies aériennes, plèvre et muscles respiratoires.
3. Décrire le rôle des fosses nasales et le mécanisme mucocils (mucus + cils battant vers le pharynx) dans la défense.
4. Expliquer le rôle du pharynx comme carrefour aéro-digestif et citer les paires de nerfs crâniens mentionnées.
5. Expliquer la fonction de l’épiglotte au cours de la déglutition pour empêcher l’accès des aliments aux voies aériennes inférieures.
6. Définir compliance et elastance et donner la relation Compliance = 1/Elastance, puis écrire Cp = ΔVp / Δ(Palv − Pip).
7. Citer les valeurs numériques de surface alvéolaire, nombre d’alvéoles et épithélium impliqués (pneumocytes I et II) telles que présentées.
8. Donner les lois de base de la ventilation : écoulement de masse (haute vers basse pression) et la logique des pressions Patm/Palv/Pip/Ptp avec leurs notations.
9. Calculer ou exploiter les chiffres du cours sur pression atmosphérique et PO2/PCO2 au niveau de la mer, y compris l’ordre de grandeur de la PO2 alvéolaire relative à la PO2 atmosphérique.
10. Rappeler les étapes de la respiration dans l’ordre : ventilation, échanges alvéolaires, transport puis respiration cellulaire.
11. Décrire le transport de l’O2 (97% Hb, 3% dissous) et donner les valeurs du cours pour la teneur artérielle maximale (21,15 ml/100 ml).
12. Décrire le transport du CO2 en trois formes avec leurs pourcentages et la réaction CO2 + H2O ↔ H+ + HCO3− dans les GR.
13. Expliquer l’automatisme respiratoire et les résultats des coupures (mésencéphale-protubérance normal, jonction bulbe-moelle épinière arrêt, bulbe-protubérance respiration irrégulière).
14. Donner les réponses de la ventilation aux variations PaO2/PaCO2 et préciser les chémorécepteurs périphériques (zones et stimuli) telles que listées.