I - INTRODUCTION
PHYSIOLOGIE RESPIRATOIRE
II - MECANIQUE VENTILATOIRE
A - Appareil respiratoire
1) Poumons
2) Voies aériennes
3) Circulation pulmonaire
a - nutritive
b - fonctionnelle
4) Schéma théorique
5) Mouvements respiratoires
a - cage thoracique
b - inspiration
c - expiration
B - Ventilation pulmonaire
1) Pressions
2) Mecanique ventilatoire
3) Volumes pulmonaires
a - Spirométrie
b - Volumes et capacités
c - volume résiduel
4) Débits
C - Résistances
1) Forces élastiques
2) Tension superficielle
3) Résistances dynamiques
D - Distribution de l’air dans le poumon
III- ECHANGES GAZEUX PULMONAIRES
A - Débits de gaz
1) Pression partielle d’un gaz
2) composition de l’air
3) QR
a - l’hémoglobine
b - CDO
c - Déplacements
de la CDO
4) Mesure des échanges gazeux
5) valeur des échanges
B - Ventilation alvéolaire
1) Espaces morts
2) Mesure des espaces morts
3) Hétérogénéité des gaz
a - Air expiré
b - Air alvéolaire
C - Diffusion alvéolo-capillaire
1) membrane alvéolo-capillaire
2) pressions partielles
3) mécanisme de passage
4) capacité de diffusion
5) mesure
D - Rapport ventilation perfusion
1) Alvéole non ventilé
2) Alvéole non perfusé
3) Rapport VA/Q dans le poumon
4) Shunt artério veineux
5) résumé
B - CO2
1) Forme dissoute
2) Forme combinée
a - Carbamates
b - Bicarbonates
C - Echanges sang - tissus
V - REGULATION
A - Régulation nerveuse
1) Centres respiratoires
2) Influences nerveuses
B - Régulation chimique
1) Stimulus O2
2) Stimulus CO2
3) Stimulus H+
IV- TRANSPORT DES GAZ DANS LE SANG
A - Oxygène
1) Forme dissoute
2) Forme combinée
1
mitochondrie
I - INTRODUCTION
Respiration cellulaire
C6H12O6 + 6 O2
6 CO2 + 6 H2O
• La vie de la cellule nécessite de l’énergie
• L’énergie produite dans les mitochondries
(Chaleur 37° et ATP)
– consomme de l’O2
– produit du CO2
• Au sens large, respiration = phénomènes qui concourent
à assurer les échanges gazeux entre le milieu ambiant et la
cellule vivante
2
Amibe (protiste)
I - INTRODUCTION
CO2
Respiration
• Echanges chez les êtres unicellulaires
O2
– mécanisme = diffusion (agitation moléculaire)
– mécanisme passif selon le gradient de concentration
des molécules
– rapidité de l’équilibration inversement proportionnelle à la
distance à parcourir
3
I - INTRODUCTION
Respiration
• Echanges chez les êtres pluricellulaires
- diffusion simple inadaptée
• Chez les mammifères :
- système fermé dans lequel circule le sang
- échanges par diffusion possibles
milieu Ext ↔ sang au niveau des capillaires pulmonaires
sang ↔ cellules au niveau des capillaires tissulaires
4
AP: artère pulmonaire, VP veine pulmonaire
I - INTRODUCTION
CO2
H2O
O2
Appareil respiratoire
CO2
I
MECANIQUE
VENTILATOIRE
Ventilation pulmonaire
O2
II
DIFFUSION
ÉCHANGES
VP
AP
Cœur
droit
Appareil circulatoire
Cœur
gauche
VC
III
TRANSPORT
Sang
AO
CO2
H2O
TISSUS
O2
Respiration cellulaire
II
DIFFUSION
ÉCHANGES
IV
REGULATION
Contrôle de la respiration
5
I - INTRODUCTION
Rôles de l’appareil respiratoire
• Chez les mammifères, appareil respiratoire sophistiqué qui permet :
– Oxygénation tissulaire
– Élimination du gaz carbonique
– Maintien du pH à une valeur normale
• Mais aussi :
– Phonation, déglutition, hoquet, rires, bâillement, reniflement, soupir…
– Défense de l’organisme (mécanique, macrophage), filtre circulatoire
– Fonction métabolique, réservoir sanguin oxygéné
– Thermorégulation et balance hydrique (rejet d’eau)
6
I - INTRODUCTION
Les unités de pression
– Système international: Pascal (Pa)
– Météo (pression atmosphérique): Bars, mm de mercure (mmHg)
– Physiologie:
• Pressions dans les vaisseaux (sang): mmHg, cmHg
• Pressions des gaz dans le sang: kPa, mmHg
• Pressions mécaniques dans l’appareil respiratoire: cmH20
Conversion:
1kPa = 1000 Pa = 7,5 mmHg
1mmHg = 0,133 kPa
1cm Hg = 13,5 cm d’H2o
7
I - INTRODUCTION
Composition de l’air atmosphérique
• Atmosphère = mélange de gaz et de vapeur d’eau
• Les différents gaz de l’atmosphère:
– azote
– oxygène
– dioxyde de carbone
– argon, néon, hélium, méthane, krypton, hydrogène
• Leur concentration (« fraction ») simplifiée:
– F N2 = 79 %
– F O2 = 21 %
– F CO2 = 0 % (004% ou 400 ppm, parties par million)
8
I - INTRODUCTION
Pression partielles en milieu gazeux
• Gaz = molécules en mouvement
• Impact des molécules sur une surface = pression
9
I - INTRODUCTION
Pression partielles en milieu gazeux
• Lorsque plusieurs gaz sont mélangés
– la pression totale est égale à la somme des pressions partielles
(loi de Dalton)
• Chaque gaz contribue à la pression totale proportionnellement à sa fraction
• PTOT = (F1 x PTOT) + (F2 x PTOT)
• Exemple:
– Air pur: 79% de N2
– Pression atmosphérique: 760 mmHg
– Pression partielle de N2 (PN2) =
760 mmHg x 0,79 = 600 mmHg
10
I - INTRODUCTION
Pression partielles : air inspiré et variation naturelle
F1O2 = 21%
PIO2 = 137 mmHg
(18,2 kPa)
655
Cl-Fd = 726 mmH
FIO2= Fraction d’O2 inspiré (Stable avec l’altitude)
PIO2 = Pression partielles inspiré d’O2 (diminue avec l’altitude)
11
I - INTRODUCTION
Pression partielles : air inspiré et vapeur d’eau
La pression partielle en vapeur d’eau
– dépend de la température du mélange gazeux
Pression H2O et Température
– diminue la contribution relative des autres gaz
à la pression totale:
Pgaz = (Patm) Fgaz
(N2 = 760 mmHg x 0,79 = 600 mmHg) si 0% humidité
Pgaz = (Patm – PH2O)* Fgaz
12
I - INTRODUCTION
Pression partielles : air inspiré et vapeur d’eau
• Air inspiré:
– Température variable
– Humidité variable
Conditionnement de l’air par les VAS*
• Air alvéolaire:
– Température = 37°C
– Humidité = 100%
* VAS: voies aériennes supérieures
13
I - INTRODUCTION
Pression partielles : air inspiré et variations naturelles
Pressions en kPa (mmHg)
14
I - INTRODUCTION
Pression partielles : air inspiré et variations naturelles
La pression partielle en vapeur d’eau n’est sensible qu’a la T° (pas l’altitude)
Pressions en kPa (mmHg)
15
I - INTRODUCTION
Pression partielles : air inspiré et variations naturelles
Conditionnement de l’air dans les VAS
Pressions en kPa (mmHg)
16
I - INTRODUCTION
Pression partielles : air inspiré et variations naturelles
Pressions en kPa (mmHg)
17
I - INTRODUCTION
Pression partielles : air inspiré et variations naturelles
?
Pressions en kPa (mmHg)
18
I - INTRODUCTION
Pression partielles : air inspiré et variations naturelles
?
La pATM change aussi avec la T° mais entre 99 et 101 kPa donc négligeable.
Pressions en kPa (mmHg)
19
I - INTRODUCTION
Ventilation pulmonaire: air inspiré
• A retenir:
– Fraction Inspirée O2 = 21%, quelque soit l’altitude
– Fraction Inspirée CO2 = 0%
– Patm diminue en altitude, augmente sous le niveau de la mer
– PO2 diminue avec l’altitude et dans les VAS
20
bronche souche
poumons
trachée
Lobes (3)
II - MECANIQUE VENTILATOIRE
plèvre
1) Poumons
peau
Paroi thoracique
bronche souche
bronche segmentaire
bronchiole
Feuillet viscéral
Feuillet pariétal
lobes (2)
Mouvements
poumons
Feuillet viscéral
diaphragme
plèvre
plèvre
Feuillet pariétal
clavicule
Vraies
côtes
(1-7)
1: Bronchiole
2: Artériole
3: Nerf (vague)
4: V. lymphatique
5: Veinule
6: Alvéole
(100 000/lobule)
omoplate
sternum
Fausses
côtes
(8-12)
Côtes
flottantes
(11-12)
Colonne
vertébrale
Lobule pulmonaire (4000 par individu)
21
voies aériennes supérieures :
2) Voies aériennes
- fosses nasales
- pharynx
- larynx
22
2) Voies aériennes
voies aériennes supérieures :
- fosses nasales
- pharynx
- larynx
Voie aérienne
23
2) Voies aériennes
ORGANES
division
nombre
TRACHÉE
0
1
BRONCHES SOUCHES
1
2
BRONCHES LOBAIRES
2
5
BRONCHES
3
SEGMENTAIRES
BRONCHES LOBULAIRES
= BRONCHIOLES
BRONCHIOLES
TERMINALES
CONDUITS ALVÉOLAIRES
2000
11
12
4000
Zone conduction:
3 cm2
(section)
ZONE
de
CONDUC
TION
13
30 000
1 m2
15
16
SACS ALVÉOLAIRES
22
ALVÉOLES
23
4 000
000
400
millions
ZONE
d’
ECHANGES
-Porte T° de l’air à 37°C
- sature l’air en H2O
- Cl-Fd inspi = augmentation de
volume de ≈10%
trachée
Protection
-Stoppe particules étrangères
(Mucus + cils)
-mastocytes +++ (défense) risque
allergique
bronches
lobaires
Régulation calibre
-Broncho constriction para Ʃ
(Ach)
-Broncho dilatation ortho Ʃ (β2)
(Noradr)
-Agonistes β2 traitement asthme
bronche
souche
bronche
lobaire
bronche
terminale
bronche
segmentaire
bronche
lobulaire
lobule
lobe
L’expiration est plus difficile
que l’inspiration
70 m2
artériole
alvéoles
Sac alvéolaire
capillaires
alvéoles
Bronchiole
terminale
alvéoles
conduit
alvéolaire
Sac alvéolaire
conduit
alvéolaire
veinule
24
bronche souche
poumons
trachée
Lobes (3)
II - MECANIQUE VENTILATOIRE
plèvre
1) Poumons
peau
Paroi thoracique
bronche souche
Feuillet viscéral
bronche segmentaire
bronchiole
lobes (2)
Mouvements
poumons
Feuillet viscéral
diaphragme
plèvre
Feuillet pariétal
plèvre
Feuillet pariétal
750mmHg
- 10
Patm=P barometrique= 760mmHg
Pression infra-barométrique
-6
Cm H2O
-2
Une variation de pression pleurale a moins d’effet sur
les alvéoles du sommet que sur celles de la base du
poumon
758mmHg
Paroi pulmonaire
Plèvre pariétale
Paroi thoracique
Plèvre viscérale
Les alvéoles du sommet sont plus ouverts
que ceux de la base
25
Circ. bronchique
Circulation pulmonaire
Veine bronchique
Circulation bronchique
Nutritive
– oxygénation des structures pulmonaires
– Assurée par vaisseaux bronchiques qui suivent les bronches
Aorte → artères bronchiques → capillaires bronchiques
→ veines bronchiques → veine cave supérieure
Veine
pulmonaire
Veine cave
supérieure
Circ. Pulmo\Fonct
Aorte
– 1% du débit cardiaque
OD
VB
Shunt physiologique
Artère bronchique
POUMONS
Veine cave
inferieure
OG
VD VG
Aorte
descendante
FOIE
VP
INTESTIN
REINS; RATE; MEMBRES…
26
Circ. bronchique
Circulation pulmonaire
Fonctionnelle
– échanges gazeux air-sang (oxygénation du sang)
– OD → VD → Artère pulmonaire → Artérioles → capillaires alvéolaires
→ veinules → veines pulmonaires → OG → VG → Aorte
– 100% du débit cardiaque
Vitesse lente grande surface → échanges favorisés
Veine bronchique
Artère bronchique
POUMONS
Veine
pulmonaire
Veine cave
supérieure
Circ. Pulmo\Fonct
Artère
pulmonaire
OD
Aorte
OG
Veine
pulmonaire
Schéma théorique
Veine cave
inferieure
VD VG
Aorte
descendante
FOIE
H2O
CO2
O2
INTESTIN
CO2
CO2
Artère pulmonaire
Sang veineux mêlé
Capillaire
alvéolaire
O2
O2
Veine pulmonaire
Sang artérialisé
REINS; RATE; MEMBRES…
27
Circulation pulmonaire
Bronchiole terminale
Artère Bronchique
Veine
Bronchique
Veine Pulmonaire
Artère Pulmonaire
Veine Pulmonaire
28
5) Mouvements respiratoires
Mouvements respiratoires
Inspiration: active
Diaphragme: augmente Ø vertical: 2/3 Mvt
Intercostaux externes élèvent côtes
augmentent Ø trans. et antéro postr: 1/3 Mvt
Expiration: passive
Expiration forcée: active
Diaphragme: diminue Ø vertical
Intercostaux internes diminuent Ø trans. et antero postr:
Durée du cycle respiratoire = variable
– 4 à 5 secondes chez l’adulte au repos
– 1 à 1,5 secondes chez le nouveau-né au repos
• Fréquence respiratoire (FR) = nombre de cycles par minute
– 15 -20 chez l’adulte éveillé au repos
– 40-50 chez l’adulte pendant exercice
– 40-60 chez le nouveau-né au repos
Dia. Antero-Post
Dia. Vertical
375ml+125ml=500ml
TI
Au repos: TI /TE = 1/2
TE
1-2cm In. Calme
10 cm In. Forcée
Dia. Lateral
29
5) Mouvements respiratoires
Muscles du cou
?+
++
++
+++
+++++
30
5) Mouvements respiratoires
Production du débit aérien
• L’air entre et sort des alvéoles de manière « passive », en réponse à des
gradients de pression
• L’air se déplace d’une zone de haute pression vers une zone de basse
pression
31
5) Mouvements respiratoires
Production du débit aérien
• La pression atmosphérique (barométrique)
– «constante»: ≈ 760 mmHg = 101,3 kPa
– Patm, PB
• La pression alvéolaire
– varie au cours du cycle respiratoire
– sous l’effet des variations de volume pulmonaire
– Palv, PA
1 Kpa = 10,2 cm H2O = 7,5 mm Hg
1 atmosphère = 760 mm Hg
1 bar = 100 Kpa = 750 mm Hg
32
5) Mouvements respiratoires
Production du débit aérien
Loi de Boyle-Mariotte: à T° constante P est inversement proportionnel à V (espace clos).
33
5) Mouvements respiratoires
Production du débit aérien
Loi de Boyle-Mariotte: à T° constante P est inversement proportionnel à V (espace clos).
34
5) Mouvements respiratoires
Production du débit aérien
Loi de Boyle-Mariotte: à T° constante P est inversement proportionnel à V (espace clos).
35
5) Mouvements respiratoires
Production du débit aérien
Repos (CRF)
Inspiration
Contraction musculaire
Expiration
Arrêt de la contraction musculaire
Repos (CRF)
Patm = Palv
Patm = Palv
pas de débit d’air
vers les alvéoles
pas de débit d’air
vers les alvéoles
Palv < Patm
Palv > Patm
débit d’air
vers les alvéoles
débit d’air
vers l’extérieur
Capacité résiduelle fonctionnelle (CRF)= volume pulmonaire en fin d’expiration normale/volume pulmonaire «de repos»
36
5) Mouvements respiratoires
Production du débit aérien
Repos (CRF)
Inspiration
Contraction musculaire
Expiration
Arrêt de la contraction musculaire
Repos (CRF)
Patm = Palv
Patm = Palv
pas de débit d’air
vers les alvéoles
pas de débit d’air
vers les alvéoles
Palv < Patm
Palv > Patm
débit d’air
vers les alvéoles
débit d’air
vers l’extérieur
Capacité résiduelle fonctionnelle (CRF)= volume pulmonaire en fin d’expiration normale/volume pulmonaire «de repos»
37
5) Mouvements respiratoires
Production du débit aérien
Repos (CRF)
Inspiration
Contraction musculaire
Expiration
Arrêt de la contraction musculaire
Repos (CRF)
Patm = Palv
Patm = Palv
pas de débit d’air
vers les alvéoles
pas de débit d’air
vers les alvéoles
Palv < Patm
Palv > Patm
débit d’air
vers les alvéoles
débit d’air
vers l’extérieur
Capacité résiduelle fonctionnelle (CRF)= volume pulmonaire en fin d’expiration normale/volume pulmonaire «de repos»
38
5) Mouvements respiratoires
Production du débit aérien
Repos (CRF)
Inspiration
Contraction musculaire
Expiration
Arrêt de la contraction musculaire
Repos (CRF)
Patm = Palv
Patm = Palv
pas de débit d’air
vers les alvéoles
pas de débit d’air
vers les alvéoles
Palv < Patm
Palv > Patm
débit d’air
vers les alvéoles
débit d’air
vers l’extérieur
Capacité résiduelle fonctionnelle (CRF)= volume pulmonaire en fin d’expiration normale/volume pulmonaire «de repos»
39
B - Ventilation pulmonaire
1) Pressions
Mesure de la ventilation pulmonaire:
Mesure de 3 pressions, la Pression barométrique PB, la Pression alvéolaire PA, la Pression intra-pleurale Ppl
Pléthysmographie
La mesure de la pression alvéolaire se fait grâce à un pléthysmographe :
armoire étanche  mesure la pression qui règne à l’intérieur de l’armoire
40
B - Ventilation pulmonaire
1) Pressions
Mesure de la ventilation pulmonaire:
Mesure de 3 pressions, la Pression barométrique PB, la Pression alvéolaire PA, la Pression intra-pleurale Ppl
Pléthysmographie
La mesure de la pression alvéolaire se fait grâce à un pléthysmographe :
armoire étanche  mesure la pression qui règne à l’intérieur de l’armoire
41
B - Ventilation pulmonaire
1) Pressions
Mesure de la ventilation pulmonaire:
Mesure de 3 pressions, la Pression barométrique PB, la Pression alvéolaire PA, la Pression intra-pleurale Ppl
Pléthysmographie
Pression dans le
pléthysmographe
0
Pression dans
l’alvéole
0
Inspiration
Expiration
La mesure de la pression alvéolaire se fait grâce à un pléthysmographe :
armoire étanche  mesure la pression qui règne à l’intérieur de l’armoire
42
B - Ventilation pulmonaire
1) Pressions
43
B - Ventilation pulmonaire
1) Pressions
44
B - Ventilation pulmonaire
1) Pressions
P=nRT
V
Inspiration :
1: contraction des muscle, la cage thoracique s’ouvre
2: la plèvre pariétale s’écarte de la plèvre viscérale (augmentation de son volume)
3: la pression de la plèvre diminue, donc
4: rapprochement de la plèvre viscérale vers la plévre pariétale
5: L’alvéole s’ouvre se qui provoque l’augmentation du volume alvéolaire
6: une diminution de la pression alvéolaire par rapport a la pression barométrique.
7: entrée d’air dans les poumons car PA<PB
8: PA=PB repos avant expiration
45
3) Volumes pulmonaires
a - Spirométrie
Poulie
Stylet inscripteur
Cloche à air
A: CPT Capacité pulmonaire totale
B: CV Capacité vitale
C: VC Volume courant
Cuve à eau
Spirométrie
46
3) Volumes pulmonaires
b - Volumes et capacités
Volume (l)
Inspiration
forcée
CI
CV
CPT
VRI
2,5
3,0
4,2
Inspiration
calme
5,4
VC: 0,5
Expiration calme
CRF
VR
1,2
2,4
VRE
1,2
Expiration forcée
VR
1,2
Volume
résiduel
3 volumes mobilisables
1er volume : air lors d’une respiration calme = volume courant (VC) = 0,5L
2ème volume : air inspiré lors d’une inspiration forcée = volume de réserve inspiratoire (VRI) = 2,5L
3ème volume : air expiré lors d’une expiration forcée = volume de réserve expiratoire (VRE) = 1,2L
4ème volume à la fin de l’expiration forcée y a toujours de l’air dans le poumon = volume résiduel (VR) = 1,2L
Capacité = somme de plusieurs volumes.
VRI + VC = volume lors d’une inspiration forcée = capacité inspiratoire (CI) = 3,0L
VRE + VR = capacité résiduelle fonctionnelle (CRF) = 2,4 L
Capacité des volumes mobilisables = VC + VRI + VRE = CV (capacité vitale) = 4,2L (tout le volume que l’on peut mobiliser)
CV + VR = Capacité pulmonaire totale (CPT) = 5,4L
47
3) Volumes pulmonaires
b - Volumes et capacités
Volumes (L)
7
Capacité Pulmonaire
Totale
5
Capacité Vitale
3
Volume Résiduel
1
0
20
40
60
Age
80 (ans)
Débit ventilatoire (L/min) = Volume courant (L) x Fréquence respiratoire (nombre de cycles respiratoire/min)
48
3) Volumes pulmonaires
Volume (l)
Inspiration
forcée
c - volume résiduel
CI
Mesurable grâce au pléthysmographe
CV
CPT
VRI
2,5
3,0
4,2
Inspiration
calme
5,4
VC: 0,5
Expiration calme
CRF
VR
1,2
V1 (volume)
2,4
VRE
1,2
Expiration forcée
VR
1,2
Volume
résiduel
V1 . F1 = V2 . F2
F1(fraction He)
He: gaz, non toxique et qui ne diffuse pas dans le sang
mais qui va occuper tout l’espace dans les poumons (VR)
V2
Mesure du volume résiduel
IF = inspiration forcée
IC = inspiration calme
EC = expiration calme
EF = expiration forcée, il ne reste que le volume résiduels
49
Volume (l)
3) Volumes pulmonaires
Inspiration
forcée
c - volume résiduel
CI
CV
CPT
VRI
2,5
3,0
4,2
Inspiration
calme
5,4
VC: 0,5
Expiration calme
CRF
VR
1,2
V1 (volume)
2,4
VRE
1,2
Expiration forcée
VR
1,2
Volume
résiduel
V1 . F1 = V2 . F2
F1(fraction He)
V1 . F1
V2 =
F2
V2
Mesure du volume résiduel
IF = inspiration forcée
IC = inspiration calme
EC = expiration calme
EF = expiration forcée, il ne reste que le volume résiduels
50
Volume (l)
3) Volumes pulmonaires
Inspiration
forcée
c - volume résiduel
VRI
2,5
CI
CV
CPT
3,0
4,2
Inspiration
calme
5,4
VC: 0,5
Expiration calme
CRF
VR
1,2
V1 (volume)
2,4
VRE
1,2
Expiration forcée
VR
1,2
Volume
résiduel
V1 . F1 = V2 . F2
F1(fraction He)
V1 . F1
V2 =
F2
V2
V2 = V1 + Volume pulmonaire*
* Le volume pulmonaire au moment ou on commence
a respirer dans le ballon
Mesure du volume résiduel
IF = inspiration forcée
IC = inspiration calme
EC = expiration calme
EF = expiration forcée, il ne reste que le volume résiduels
51
Volume (l)
3) Volumes pulmonaires
Inspiration
forcée
c - volume résiduel
VRI
2,5
CI
CV
CPT
3,0
4,2
Inspiration
calme
5,4
VC: 0,5
Expiration calme
CRF
VR
1,2
V1 (volume)
2,4
VRE
1,2
Expiration forcée
VR
1,2
Volume
résiduel
V1 . F1 = V2 . F2
F1(fraction He)
V1 . F1
V2 =
F2
V2 = V1 + CPT (IF)
V2
* Le volume pulmonaire au moment ou on commence
a respirer dans le ballon
Mesure du volume résiduel
IF = inspiration forcée
IC = inspiration calme
EC = expiration calme
EF = expiration forcée, il ne reste que le volume résiduels
52
Volume (l)
3) Volumes pulmonaires
Inspiration
forcée
c - volume résiduel
VRI
2,5
CI
CV
CPT
3,0
4,2
Inspiration
calme
5,4
VC: 0,5
Expiration calme
CRF
VR
1,2
V1 (volume)
2,4
VRE
1,2
Expiration forcée
VR
1,2
Volume
résiduel
V1 . F1 = V2 . F2
F1(fraction He)
V1 . F1
V2 =
F2
V2 = V1 + CRF + VC (IC)
V2
* Le volume pulmonaire au moment ou on commence
a respirer dans le ballon
Mesure du volume résiduel
IF = inspiration forcée
IC = inspiration calme
EC = expiration calme
EF = expiration forcée, il ne reste que le volume résiduels
53
Volume (l)
3) Volumes pulmonaires
Inspiration
forcée
c - volume résiduel
VRI
2,5
CI
CV
CPT
3,0
4,2
Inspiration
calme
5,4
VC: 0,5
Expiration calme
CRF
VR
1,2
V1 (volume)
2,4
VRE
1,2
Expiration forcée
VR
1,2
Volume
résiduel
V1 . F1 = V2 . F2
F1(fraction He)
V1 . F1
V2 =
F2
V2
V2 = V1 + CRF (EC)
Mesure du volume résiduel
* Le volume pulmonaire au moment ou on commence
a respirer dans le ballon
IF = inspiration forcée
IC = inspiration calme
EC = expiration calme
EF = expiration forcée, il ne reste que le volume résiduels
54
Volume (l)
3) Volumes pulmonaires
Inspiration
forcée
c - volume résiduel
VRI
2,5
CI
CV
CPT
3,0
4,2
Inspiration
calme
5,4
VC: 0,5
Expiration calme
CRF
VR
1,2
V1 (volume)
2,4
VRE
1,2
Expiration forcée
VR
1,2
Volume
résiduel
V1 . F1 = V2 . F2
F1(fraction He)
V1 . F1
V2 =
F2
V2
V2 = V1 + VR (EF)
Si EF
a respirer dans le ballon
VR = V2 -V1
VR = V1 . F1 - V1
F2
Mesure du volume résiduel
* Le volume pulmonaire au moment ou on commence
IF = inspiration forcée
IC = inspiration calme
EC = expiration calme
EF = expiration forcée, il ne reste que le volume résiduels
55
B - Ventilation pulmonaire
4) Débits
volume pulmonaire mobilisé en 1 minute
.
0,5
Débit ventilatoire externe (ventilation minute)
V (l/s)
V°E = VC (volume courant) x f (fréquence respiratoire)
= 0,5 x 16 = 8 L/min
0,5
0
I
I
Débit instantané
E
I
4
Temps (s)
1,5
.
- 0,5
V (l)
E
VE = f . VC
= 16 . 0,5
= 8 l.min
f = fréquence respiratoire
(cycles/min.)
Éléphant: ~ 8
Homme: ~ 16
Lapin: ~ 60
Femme: ~ 18
Rat: 100
Enfant: 25
Souris: 150
Nouveau-né: 45
-1
(au repos)
<
E
Ordre de grandeur de la ventilation minute
– repos : 6-8 L/min
– marche : 15 L/min
– marche rapide : 30 L/min
– montée d'escaliers : 30 à 40 L/min
– vélo intensif : 60 à 100 L/min
– course d'endurance : 60 à 100 L/min
Fréquence diminue = bradypnée
Fréquence augmente = tachypnée
Arrêt de la respiration = apnée
Respiration normale sans pause respiratoire = eupnée
Respiration irrégulière, avec des pauses respiratoires = dyspnée
56
VEMS = volume expiratoire maximum pendant la première seconde d’EXpi forcée après une INspi forcée
Trouble obstructif
I T < 0,70
V (l)
V (l)
V.E.M.S.
(3,3L)
0
1
temps (s)
BPCO : broncho pneumopathie obstructif chronique
1 sec
Indice de TIFFENEAU
VEMS
0
1
temps (s)
CV
=
3,3
4,2
 0,75
CV: capacité vitale (volume mobilisables MAX)
Troubles restrictif = pneumonie, œdème pulmonaire …fibrose pulmonaire
Peut être défini comme une diminution de l’aptitude à ventiler les poumons, liée à une limitation de l’expansion pulmonaire
57
C – Résistances
1) Forces élastiques
FR: Fréquence respiratoire
58
C – Résistances
1) Forces élastiques
FR: Fréquence respiratoire
59
C – Résistances
1) Forces élastiques
• Le système poumon-cage thoracique est une structure élastique
• Lors de l’inspiration calme
– les muscles inspiratoires doivent vaincre cette élasticité pour faire pénétrer l’air dans les poumons
• Lors d’une expiration calme
– arrêt de la contraction des muscles inspiratoires
– la force de rétraction élastique du poumon ramène le système à sa position de repos, sans contraction
musculaire expiratoire
Expiration
Expiration forcée
Longueur
Repos
Passif
Passif
Très
extensible
Peu
extensible
Inspiration après Exp. Forcée
Ex: Troubles restrictif
inspiration
Poids
60
C – Résistances
1) Forces élastiques
• Poumon et cage thoracique = 2 structures élastiques solidaires l’une de l’autre
• Contraction des muscles inspiratoires → étirement de la cage thoracique → étirement du
Poumon
• Etirement ou compression d’une structure élastique → on crée une pression qui tend à ramener
la structure à son état initial (volume de relaxation ou de repos)
Expiration
thorax
-6
Inspiration
poumon
+6
Repos
Equilibre des deux forces
61
C – Résistances
1) Forces élastiques
• A l’intérieur d’une structure élastique :
– le volume est directement proportionnel à la différence de pression de part et d’autre de la paroi
– ∆P = pression transmurale (PTM) = pression de distension pariétale (+ elle
+ la structure va se déformer)
• Une structure élastique est caractérisée par la courbe pression transmurale par volume
• Structures biologiques: volume de relaxation ≠ 0 (ballon = 0)
• Pente de la courbe = compliance → distensibilité de la structure (+ elle
+ la structure est déformable)
Instabilité (rupture de la structure)
Volume (∆V)
Limite élastique
Pente = ∆V/∆P = compliance
Longueur
Très
extensible
Peu
extensible
Volume de relaxation
Poids
Pression transmurale (∆P)
62
C – Résistances
1) Forces élastiques
Mise en évidence de l’élasticité thoraco-pulmonaire
Au repos
poumon
CRF
espace pleural
(P atm)
capacité résiduelle fonctionnelle (CRF) donc au repos
63
C – Résistances
1) Forces élastiques
Mise en évidence de l’élasticité thoraco-pulmonaire
Au repos
poumon
Object
Tranchant, lésions…
CRF
espace pleural
(P atm)
capacité résiduelle fonctionnelle (CRF) donc au repos
64
C – Résistances
1) Forces élastiques
Mise en évidence de l’élasticité thoraco-pulmonaire
Au repos
Object
Tranchant, lésions…
CRF
(P atm)
capacité résiduelle fonctionnelle (CRF)
65
C – Résistances
1) Forces élastiques
Mise en évidence de l’élasticité thoraco-pulmonaire
Pneumothorax DROIT
66
C – Résistances
1) Forces élastiques
Mise en évidence de l’élasticité thoraco-pulmonaire
Pneumothorax DROIT
Pose d’un drain et aspiration pour
diminuer la P intra pleurale
67
C – Résistances
1) Forces élastiques
• Elasticité de la cage thoracique
– facteurs anatomiques
• squelette ostéocartilagineux
• muscles
• ligaments
• Elasticité du poumon
– facteurs histologiques
• Fibres élastiques et collagène de l’interstitium et de l’arbre bronchique
• Structure alvéolaire/contenu liquidien
→ forces élastiques du tissu pulmonaire (≈ 50%)
– facteur physicochimique*
→ forces élastiques dues à la tension superficielle (≈50%)
68
C – Résistances
Compliance thoraco-pulmonaire
1) Forces élastiques
Pente de la courbe = compliance → distensibilité de la structure (+ elle
+ la structure est déformable)
Instabilité (rupture de la structure)
Volume (∆V)
Limite élastique
Pente = ∆V/∆P = compliance
Longueur
Très
extensible
Peu
extensible
Volume de relaxation
Poids
Pression transmurale (∆P)
• Système respiratoire
– Volume impliqué: volume pulmonaire
– Pressions impliquées:
P atmosphérique (Patm)
P alvéolaire (Palv)
P pleurale (Ppl)
• Volume directement proportionnel à la différence de pression de part et d’autre de la paroi
= pression transmurale (PTM)
69
C – Résistances
Compliance thoraco-pulmonaire
1) Forces élastiques
Pente de la courbe = compliance → distensibilité de la structure (+ elle
+ la structure est déformable)
Instabilité (rupture de la structure)
Volume (∆V)
Limite élastique
Pente = ∆V/∆P = compliance
Longueur
Très
extensible
Peu
extensible
Volume de relaxation
Poids
Pression transmurale (∆P)
• Système respiratoire
– Volume impliqué: volume pulmonaire
– Pressions impliquées:
P atmosphérique (Patm)
P alvéolaire (Palv)
P pleurale (Ppl)
• Volume directement proportionnel à la différence de pression de part et d’autre de la paroi
= pression transmurale (PTM)
70
C – Résistances
1) Forces élastiques
Compliance thoraco-pulmonaire
- Les différentes pressions transmurales du système thoraco-pulmonaire (∆P)
P atmosphérique (Patm)
P alvéolaire (Palv)
P pleurale (Ppl)
71
C – Résistances
1) Forces élastiques
Compliance thoraco-pulmonaire
- Les différentes pressions transmurales du système thoraco-pulmonaire (∆P)
P atmosphérique (Patm)
P alvéolaire (Palv)
P pleurale (Ppl)
1:
Pression transpulmonaire = Palv -Ppl
1
72
C – Résistances
1) Forces élastiques
Compliance thoraco-pulmonaire
- Les différentes pressions transmurales du système thoraco-pulmonaire (∆P)
P atmosphérique (Patm)
P alvéolaire (Palv)
P pleurale (Ppl)
1:
Pression transpulmonaire = Palv -Ppl
1
2
2:
Pression transthoracique = Ppl-Patm
73
C – Résistances
1) Forces élastiques
Compliance thoraco-pulmonaire
- Les différentes pressions transmurales du système thoraco-pulmonaire (∆P)
P atmosphérique (Patm)
P alvéolaire (Palv)
P pleurale (Ppl)
3:
Pression transthoracopulmonaire = Palv -Patm
3
1:
Pression transpulmonaire = Palv -Ppl
1
2
2:
Pression transthoracique = Ppl-Patm
74
C – Résistances
Compliance thoraco-pulmonaire
1) Forces élastiques
- Les différentes pressions transmurales du système thoraco-pulmonaire (∆P)
P atmosphérique (Patm)
P alvéolaire (Palv)
P pleurale (Ppl)
poumon
100%
3
1
2
Volume pulmonaire (% de la CV
thorax
thorax
+
poumon
50%
Inspiration
Repos
VRE
Expiration
0%
Volume
résiduel
-6
1:
Pression transpulmonaire = Palv -Ppl POUMON
0
+6
P atm
Pression
(cm H2O)
2:
Pression transthoracique = Ppl-Patm THORAX
3:
Pression transthoracopulmonaire = Palv -Patm THORAX + POUMON
75
C – Résistances
Compliance thoraco-pulmonaire
1) Forces élastiques
Compliance thoraco
V pulmonaire
Volume pulmonaire (% de la CV
100%
V
Compliance
=
L/cm H2O
P
P
0,2litre/cm H2O : jeune
Jeune: 0,2 litre/cm
H 2O
0,1litre/cm
H2O : âgé
POUMON
Adulte: 0,1 litre/cm H2O
THORAX + POUMON
50%
THORAX
Inspiration
Repos
VRE
Expiration
0%
Volume
résiduel
-6
Compliance pulmonaire:
0
+6
P atm
Pression
(cm H2O)
Sujet normal: 200 ml/cmH2O (2,5 cmH2O pour mobiliser un VT de 500 ml)……âgé 0,1L/cm
fibrose pulmonaire: 10 ml/cmH2O (50 cmH2O pour mobiliser un VT de 500 ml)
Compliance thoracique:
Diminuée dans plusieurs pathologies (cypho-scoliose, atteinte des muscles respiratoires, obésité, etc...
76
C – Résistances
1) Forces élastiques
• Elasticité de la cage thoracique
– facteurs anatomiques
• squelette ostéocartilagineux
• muscles
• ligaments
• Elasticité du poumon
– facteurs histologiques
• Fibres élastiques et collagène de l’interstitium et de l’arbre bronchique
• Structure alvéolaire/contenu liquidien
→ forces élastiques du tissu pulmonaire (≈ 50%)
– facteur physicochimique*
→ forces élastiques dues à la tension superficielle (≈50%)
77
C - Résistances
2) Tension superficielle
Mise en évidence du rôle de la tension superficielle dans les propriétés élastiques du poumon
Volume pulmonaire
– Poumon isolé de chat
– Distension du poumon avec air ou liquide
– Compliance avec air << compliance avec eau
eau
air
Pression
TENSION SUPERFICIELLE
78
C - Résistances
2) Tension superficielle
Volume pulmonaire
Mise en évidence du rôle de la tension superficielle dans les propriétés élastiques du poumon
eau
Forces d’attraction
air
eau
Pression
TENSION SUPERFICIELLE
Dans un liquide, les molécules sont soumises à des forces d’attraction qui s’annulent
79
C - Résistances
2) Tension superficielle
Volume pulmonaire
Mise en évidence du rôle de la tension superficielle dans les propriétés élastiques du poumon
eau
air
eau
Pression
TENSION SUPERFICIELLE
A l’interface air/liquide les molécules sont attirées les unes vers les autres en surface et vers l’intérieur
L’Interface air/liquide se rétracte pour atteindre une surface minimum
80
C - Résistances
2) Tension superficielle
Mise en évidence du rôle de la tension superficielle dans les propriétés élastiques du poumon
interface air/liquide
Surface alvéolaire des pneumocytes recouverte d’un mince film aqueux en contact avec le gaz alvéolaire
Tension superficielle élevée
81
C - Résistances
2) Tension superficielle
Mise en évidence du rôle de la tension superficielle dans les propriétés élastiques du poumon
interface air/liquide
Tension superficielle d’une sphère
→ collapsus de la sphère si trop forte
82
C - Résistances
2) Tension superficielle
Mise en évidence du rôle de la tension superficielle dans les propriétés élastiques du poumon
interface air/liquide
Tension superficielle d’une sphère DISTENSIBLE
Pression de distension P
><
Equilibre atteint lorsque: P =
Tension superficielle T
2T
r
r = Rayon de la sphère
83
C - Résistances
2) Tension superficielle
Mise en évidence du rôle de la tension superficielle dans les propriétés élastiques du poumon
Ajout d’un agent tensio-actif à l’interface air/liquide
– tension superficielle, donc la force de rétraction de la paroi
• Dans les alvéoles, agent tensio-actif = surfactant = Lipoprotéine complexe
- Phospholipides (DiPalmitoyl PhosphatidylCholine, DPPC)
- Apoprotéines
- Ions calcium
• Sécrétion
Air
Surfactant (film)
Macrophage
Phase aqueuse
– par les Pneumocytes de type II (PN II)
– à partir d’acides gras extraits du sang capillaire
– en fin de grossesse
• Rôle physiologique principal :
– ↓ tension superficielle alvéolaire donc ↑ la compliance pulmonaire
PN II
PN I
Membrane basale
84
C - Résistances
2) Tension superficielle
Mise en évidence du rôle de la tension superficielle dans les propriétés élastiques du poumon
P=
2T
r
L’air contenue dans A se vide dans B
T
Sans surfactant, T est constante dans les alvéoles A et B
85
C - Résistances
2) Tension superficielle
Mise en évidence du rôle de la tension superficielle dans les propriétés élastiques du poumon
Propriétés tensio-actives du surfactant varient en fonction du rayon alvéolaire
épaisseur de la couche de surfactant + importante sur les petites alvéoles
P=
Si
T
2T
r
Alors
surfactant
Le surfactant abaisse plus la TS dans les petites alvéoles que dans les grosses donc TA= TB/2
86
C - Résistances
2) Tension superficielle
Mise en évidence du rôle de la tension superficielle dans les propriétés élastiques du poumon
• En présence de surfactant, la tension superficielle est donc :
– élevée à hauts volumes pulmonaires (Inspiration)
→ le volume des alvéoles augmente donc – de surfactant
→ augmente la pression de rétraction (T +++) élastique du poumon (aide l’expiration)
– basse à bas volumes pulmonaires (Expiration)
→ stabilise les alvéoles, empêche leur collapsus (Favorise la compliance, donc l’inspiration)
87
C – Résistances
3) Résistances dynamiques
FR: Fréquence respiratoire
88
C – Résistances
3) Résistances dynamiques
Propriétés résistives du système respiratoire
L’activité des muscles respiratoires doit
– vaincre l’élasticité pulmonaire (2/3 au repos)
– vaincre la résistance du système respiratoire au passage de l’air (1/3 au repos)
• résistances tissulaires (≈ 20%): frottements du tissu pulmonaire
• résistances des voies aériennes (≈ 80%): résistance à l’écoulement des molécules
89
C – Résistances
3) Résistances dynamiques
Propriétés résistives du système respiratoire
Ecoulement d’un fluide dans un système de conduction dépend de :
– Pression
• gradient de pression (Palv -Patm) ce qui induit un débit aérien
– Débit
• quantité d’air qui circule dans les VA / unité de temps
– Résistance
• difficulté de circulation entre 2 points des VA sous l’action d’une ∆P donnée
R=
∆P
R = résistance
.
V
∆ P = variation de pression
.
V = débit de gaz
8ꞃL
R=
πr4
r = rayon
ꞃ = viscosité
L = Longueur
* Loi de Poiseuille
R1 > R2
90
C – Résistances
3) Résistances dynamiques
Propriétés résistives du système respiratoire
PB
R voies aériennes: 80%
PA - PB
R=
.
V
Ppl
R tissulaires: 20%
PA
R=
Ppl - PA
.
V
Ppl - PB
R totales
R=
.
V
91
DISTRIBUTION
de l’air dans les POUMONS
2
- 12 (+ 20%)
- 8 (+ 33%)
Cm H2O
2
- 10
2
-6
Cm H2O
- 4 (+ 100%)
INSPIRATION
(2 cm H2O)
Les alvéoles de la base s’ouvrent plus que ceux du sommet
L’air inspiré se dirige préférentiellement vers la base
-2
6
Paroi pulmonaire
Plèvre pariétale
Paroi thoracique
Plèvre viscérale
Les alvéoles du sommet sont plus ouverts que
ceux de la base
L’air de la CRF se trouve préférentiellement
au sommet
* VRE + VR = CRF (capacité résiduelle fonctionnelle)
6
6
-4
0
+4
EXPIRATION FORCÉE
(6 cm H2O)
Les voies aériennes de la base se ferment
L’air inspiré se dirigera surtout vers le sommet (∆V plus important en haut)
92
DISTRIBUTION
de l’air dans les POUMONS
Inspiration
*
**
*****
Xeon: gaz radioactif *
93
III- ECHANGES GAZEUX PULMONAIRES
AP: artère pulmonaire, VP veine pulmonaire
CO2
H2O
O2
Appareil respiratoire
CO2
I
MECANIQUE
VENTILATOIRE
Ventilation pulmonaire
O2
II
DIFFUSION
ÉCHANGES
VP
AP
Cœur
droit
Appareil circulatoire
Cœur
gauche
VC
III
TRANSPORT
Sang
AO
CO2
H2O
TISSUS
O2
Respiration cellulaire
II
DIFFUSION
ÉCHANGES
IV
REGULATION
Contrôle de la respiration
94
III- ECHANGES GAZEUX PULMONAIRES
A - Débits de gaz
1 Kpa = 10,2 cm H2O = 7,5 mm Hg
1 bar = 100 Kpa = 750 mm Hg
Px = Fx (PB)
1) Pression partielle d’un gaz (RAPPEL)
Air Ambiant
Pression barométrique PB = 750 mm Hg
• 100 % O2: P O2 = 1 x 750 = 750 mm Hg
• 50 % O2: P O2 = 0,5 x 750 = 375 mm Hg
• 20 % N2: P N2 = 0,2 x 750 = 150 mm Hg
• 10 % He: P He = 0,1 x 750 = 75 mm Hg
Constituant
Px = Fx (PB - P H2O)
20 °C
Sec
20 °C
saturé 41 %
20 °C
saturé 100 %
37°C
saturé 100 %
O2 (21%)
157
155,4
153,3
147
N2 (79%)
590
584,6
576,7
553
P gaz (mm Hg)
747
740
730
700
H2O (mm Hg)
0
7
17
47
747
747
747
747
O2
20,93
Azote
N2
78,09
Argon
A
0,93
Dioxyde de carbone
CO2
0,035
0
Néon; Hélium; Méthane; Krypton;
Hydrogène Xénon; Ozone
Traces
0
Variable
0 à 6 % (37°C)
=0
H2O
21
79
La fraction est toujours calculée sur un air sec
O2 (21%)
0,21 x 747
0,21 x 740
0,21 x 730
0,21 x 700
N2 (79%)
0,79 x 747
0,79 x 740
0,79 x 730
0,79 x 700
P gaz
157 + 590
155,4 + 584,6
153,3 + 576,7
147 + 553
H 2O
0
7
17
47
747
747
747
747
PB
%
Oxygène
Eau
PB (mm Hg)
1 atmosphère = 760 mm Hg
95
III- ECHANGES GAZEUX PULMONAIRES
A - Débits de gaz
2) Quotient Respiratoire
Glucides
C6H12O6 + 6 O2
.
VCO2
.
Quotient Respiratoire = QR =
VO2
6 CO2 + 6 H2O
Glucose
QR =
6
6
QR = 1
102 CO2 + 98 H2O QR =
Tripalmitine
102
145
QR = 0,7
Protides
2 CH CH(NH2) COOH + 6 O2
Alanine
VOLUME
INSPIRE
500ml
496 ml
500 ml
480ml
Lipides
2 C51H98O6 + 145 O2
VOLUME
EXPIRE
496ml
16ml CO2
20ml O
16ml
CO2
CO(NH2)2 + 5 CO2 + 5 H2O
Urée
QR =
5
6
2
20ml
O2
QR = 0,8
QR = 0,83
96
Air ambiant
sec
Air inspiré
Air ambiant
trachéal
humide
(I)
100% humide
Air
Expiré ( E)
QR = 1
≠
E-I
Air
Expiré ( E’)
QR = 0,8
≠
E-I
F
21
21
21
16,5
- 4,5
16,5
- 4,5
P
159,6
157,5
149,7
118
- 31,7
118
- 31,7
F
0
0
0
4,5
+ 4,5
3,6
+ 3,6
P
0
0
0
31,7
+ 31,7
25,7
+ 25,7
F
79
79
79
79
0
79,9
+ 0,9
P
600,4
592,5
563,3
563,3
0
569,3
+6
P
0
10
47
47
0
47
0
F
100
100
100
100
100
P
760
760
760
760
760
O2
CO2
N2
H 2O
TOTAL
Quantité de N2 constant donc PV= constante (entre Air insp et Air Exp)
Si Volume expi diminue alors F (fraction partielle) et P (pression partielle) augmentent
97
III- ECHANGES GAZEUX PULMONAIRES
Volume
CO2 expiré est éliminé (Chaux)
A - Débits de gaz
4) Mesure des échanges gazeux
5) valeur des échanges
VO2 = VI . FIO2 - VE . FEO2
.
.
VO2 = VI . FIO2 - VE . FEO2
VO2 = VI . f . FIO2 - VE . f . FEO2
.
.
.
VO=2 =
. f . FIO
. f . FEO2
2 -VE
VO
VIVI
. FIO
. FEO
2
2 - VE
2
Si QR = 1
VI = VE
.
.
VO2 = VE . (FIO2 - FEO2)
Si QR ≠ 1
VI ≠ VE
.
.
.
VI . FIN2 = VE . FEN2
.
.
FEN2
VI = VE .
FIN2
.
.
VO2 = (VE .
.
.
VO2 = VE .
FEN2
FIN2
.
VO2
30 s. Temps
.
.
VO2= consommation O2 en 1 minute
VI= volume d’air inspiré
VE= volume d’air expiré
f: Fréquence respiratoire (nbr de cycles en 1min)
FIO2: fraction d’O2 dans l’air inspiré
FEO2: fraction d’O2 dans l’air expiré
.
. FIO2 ) - VE . FEO2
Pour connaitre et mesurer la consommation d’O2 on mesure ce qui sort (expiration)
FEN2 . FIO2
FIN2
- FEO2
98
III- ECHANGES GAZEUX PULMONAIRES
Volume
CO2 expiré est éliminé (Chaux)
A - Débits de gaz
4) Mesure des échanges gazeux
5) valeur des échanges
VO2 = VI . FIO2 - VE . FEO2
.
.
VO2 = VI . FIO2 - VE . FEO2
VO2 = VI . f . FIO2 - VE . f . FEO2
.
.
.
VO=2 =
. f . FIO
. f . FEO2
2 -VE
VO
VIVI
. FIO
. FEO
2
2 - VE
2
Si QR = 1
VI = VE
.
.
VO2 = VE . (FIO2 - FEO2)
Si QR ≠ 1
VI ≠ VE
.
.
.
VI . FIN2 = VE . FEN2
.
.
FEN2
VI = VE .
FIN2
.
.
VO2 = (VE .
.
.
VO2 = VE .
FEN2
FIN2
.
VO2
30 s. Temps
.
VO2= consommation O2 en 1 minute
VI= volume d’air inspiré
VE= volume d’air expiré
f: Fréquence respiratoire (nbr de cycles en 1min)
FIO2: fraction d’O2 dans l’air inspiré
FEO2: fraction d’O2 dans l’air expiré
.
. FIO2 ) - VE . FEO2
FEN2 . FIO2
FIN2
- FEO2
99
III- ECHANGES GAZEUX PULMONAIRES
Volume
CO2 expiré est éliminé (Chaux)
A - Débits de gaz
4) Mesure des échanges gazeux
5) valeur des échanges
.
VO2 = VI . FIO2 - VE . FEO2
.
.
VO2 = VI . FIO2 - VE . FEO2
VO2 = VI . f . FIO2 - VE . f . FEO2
.
.
.
VO=2 =
. f . FIO
. f . FEO2
2 -VE
VO
VIVI
. FIO
. FEO
2
2 - VE
2
Si QR = 1
VI = VE
.
.
VO2 = VE . (FIO2 - FEO2)
Si QR ≠ 1
VI ≠ VE
.
.
.
VI . FIN2 = VE . FEN2
.
.
FEN2
VI = VE .
FIN2
.
.
VO2 = (VE .
.
.
VO2 = VE .
FEN2
FIN2
.
VO2
30 s. Temps
.
VO2= consommation O2 en 1 minute
VI= volume d’air inspiré
VE= volume d’air expiré
f: Fréquence respiratoire (nbr de cycles en 1min)
FIO2: fraction d’O2 dans l’air inspiré
FEO2: fraction d’O2 dans l’air expiré
.
. FIO2 ) - VE . FEO2
FEN2 . FIO2
FIN2
- FEO2
100
III- ECHANGES GAZEUX PULMONAIRES
Volume
CO2 expiré est éliminé (Chaux)
A - Débits de gaz
4) Mesure des échanges gazeux
5) valeur des échanges
VO2 = VI . FIO2 - VE . FEO2
.
.
VO2 = VI . FIO2 - VE . FEO2
VO2 = VI . f . FIO2 - VE . f . FEO2
.
.
.
VO=2 =
. f . FIO
. f . FEO2
2 -VE
VO
VIVI
. FIO
. FEO
2
2 - VE
2
Si QR = 1
VI = VE
.
.
VO2 = VE . (FIO2 - FEO2)
Si QR ≠ 1
VI ≠ VE
.
.
.
VI . FIN2 = VE . FEN2
.
.
FEN2
VI = VE .
FIN2
.
.
VO2 = (VE .
.
.
VO2 = VE .
FEN2
FIN2
.
VO2
30 s. Temps
.
VO2= consommation O2 en 1 minute
VI= volume d’air inspiré
VE= volume d’air expiré
f: Fréquence respiratoire (nbr de cycles en 1min)
FIO2: fraction d’O2 dans l’air inspiré
FEO2: fraction d’O2 dans l’air expiré
.
. FIO2 ) - VE . FEO2
FEN2 . FIO2
FIN2
- FEO2
101
III- ECHANGES GAZEUX PULMONAIRES
Volume
CO2 expiré est éliminé (Chaux)
A - Débits de gaz
4) Mesure des échanges gazeux
5) valeur des échanges
VO2 = VI . FIO2 - VE . FEO2
.
.
VO2 = VI . FIO2 - VE . FEO2
VO2 = VI . f . FIO2 - VE . f . FEO2
.
.
.
VO=2 =
. f . FIO
. f . FEO2
2 -VE
VO
VIVI
. FIO
. FEO
2
2 - VE
2
Si QR = 1
VI = VE
.
.
VO2 = VE . (FIO2 - FEO2)
Si QR ≠ 1
VI ≠ VE
.
.
.
VI . FIN2 = VE . FEN2
.
.
FEN2
VI = VE .
FIN2
.
.
VO2 = (VE .
.
.
VO2 = VE .
FEN2
FIN2
.
VO2
30 s. Temps
.
VO2= consommation O2 en 1 minute
VI= volume d’air inspiré
VE= volume d’air expiré
f: Fréquence respiratoire (nbr de cycles en 1min)
FIO2: fraction d’O2 dans l’air inspiré
FEO2: fraction d’O2 dans l’air expiré
.
. FIO2 ) - VE . FEO2
FEN2 . FIO2
FIN2
- FEO2
102
III- ECHANGES GAZEUX PULMONAIRES
Volume
CO2 expiré est éliminé (Chaux)
A - Débits de gaz
4) Mesure des échanges gazeux
5) valeur des échanges
VO2 = VI . FIO2 - VE . FEO2
.
.
VO2 = VI . FIO2 - VE . FEO2
VO2 = VI . f . FIO2 - VE . f . FEO2
.
.
.
VO=2 =
VI
. f . FIO
. f . FEO2
2 -VE
VO
VI
.
FIO
. FEO
2
2 VE
2
Si QR = 1
VI = VE
.
.
VO2 = VE . (FIO2 - FEO2)
Si QR ≠ 1
VI ≠ VE
.
.
VI . FIN2 = VE . FEN2
.
.
FEN2
VI = VE .
FIN2
.
.
VO2 = (VE .
.
.
VO2 = VE .
FEN2
FIN2
.
VO2
30 s. Temps
.
VO2= consommation O2 en 1 minute
VI= volume d’air inspiré
VE= volume d’air expiré
f: Fréquence respiratoire (nbr de cycles en 1min)
FIO2: fraction d’O2 dans l’air inspiré
FEO2: fraction d’O2 dans l’air expiré
.
. FIO2 ) - VE . FEO2
FEN2 . FIO2
FIN2
- FEO2
103
III- ECHANGES GAZEUX PULMONAIRES
Volume
CO2 expiré est éliminé (Chaux)
A - Débits de gaz
4) Mesure des échanges gazeux
5) valeur des échanges
VO2 = VI . FIO2 - VE . FEO2
.
.
VO2 = VI . FIO2 - VE . FEO2
VO2 = VI . f . FIO2 - VE . f . FEO2
.
.
.
VO=2 =
. f . FIO
. f . FEO2
2 -VE
VO
VIVI
. FIO
. FEO
2
2 - VE
2
Si QR = 1
VI = VE
.
.
VO2 = VE . (FIO2 - FEO2)
Si QR ≠ 1
VI ≠ VE
.
.
VI . FIN2 = VE . FEN2
.
.
FEN2
VI = VE .
FIN2
.
.
VO2 = (VE .
.
.
VO2 = VE .
FEN2
FIN2
.
VO2
30 s. Temps
.
VO2= consommation O2 en 1 minute
VI= volume d’air inspiré
VE= volume d’air expiré
f: Fréquence respiratoire (nbr de cycles en 1min)
FIO2: fraction d’O2 dans l’air inspiré
FEO2: fraction d’O2 dans l’air expiré
.
. FIO2 ) - VE . FEO2
FEN2 . FIO2
FIN2
- FEO2
104
III- ECHANGES GAZEUX PULMONAIRES
Volume
CO2 expiré est éliminé (Chaux)
A - Débits de gaz
4) Mesure des échanges gazeux
5) valeur des échanges
VO2 = VI . FIO2 - VE . FEO2
.
.
VO2 = VI . FIO2 - VE . FEO2
VO2 = VI . f . FIO2 - VE . f . FEO2
.
.
.
VO=2 =
. f . FIO
. f . FEO2
2 -VE
VO
VIVI
. FIO
. FEO
2
2 - VE
2
Si QR = 1
VI = VE
.
.
VO2 = VE . (FIO2 - FEO2)
Si QR ≠ 1
VI ≠ VE
.
.
VI . FIN2 = VE . FEN2
.
.
FEN2
VI = VE .
FIN2
.
.
VO2 = (VE .
.
.
VO2 = VE .
FEN2
FIN2
.
VO2
30 s. Temps
.
VO2= consommation O2 en 1 minute
VI= volume d’air inspiré
VE= volume d’air expiré
f: Fréquence respiratoire (nbr de cycles en 1min)
FIO2: fraction d’O2 dans l’air inspiré
FEO2: fraction d’O2 dans l’air expiré
.
. FIO2 ) - VE . FEO2
FEN2 . FIO2
FIN2
- FEO2
105
III- ECHANGES GAZEUX PULMONAIRES
Volume
CO2 expiré est éliminé (Chaux)
A - Débits de gaz
4) Mesure des échanges gazeux
5) valeur des échanges
VO2 = VI . FIO2 - VE . FEO2
.
.
VO2 = VI . FIO2 - VE . FEO2
VO2 = VI . f . FIO2 - VE . f . FEO2
.
.
.
VO=2 =
. f . FIO
. f . FEO2
2 -VE
VO
VIVI
. FIO
. FEO
2
2 - VE
2
Si QR = 1
VI = VE
.
.
VO2 = VE . (FIO2 - FEO2)
Si QR ≠ 1
VI ≠ VE
.
.
VI . FIN2 = VE . FEN2
.
.
FEN2
VI = VE .
FIN2
.
.
VO2 = (VE .
.
.
VO2 = VE .
FEN2
FIN2
.
VO2
30 s. Temps
.
VO2= consommation O2 en 1 minute
VI= volume d’air inspiré
VE= volume d’air expiré
f: Fréquence respiratoire (nbr de cycles en 1min)
FIO2: fraction d’O2 dans l’air inspiré
FEO2: fraction d’O2 dans l’air expiré
.
. FIO2 ) - VE . FEO2
FEN2 . FIO2
FIN2
- FEO2
106
III- ECHANGES GAZEUX PULMONAIRES
Volume
CO2 expiré est éliminé (Chaux)
A - Débits de gaz
4) Mesure des échanges gazeux
5) valeur des échanges
VO2 = VI . FIO2 - VE . FEO2
.
.
VO2 = VI . FIO2 - VE . FEO2
VO2 = VI . f . FIO2 - VE . f . FEO2
.
.
.
VO=2 =
. f . FIO
. f . FEO2
2 -VE
VO
VIVI
. FIO
. FEO
2
2 - VE
2
Si QR = 1
VI = VE
.
.
VO2 = VE . (FIO2 - FEO2)
Si QR ≠ 1
VI ≠ VE
.
.
VI . FIN2 = VE . FEN2
.
.
FEN2
VI = VE .
FIN2
.
.
VO2 = (VE .
.
.
VO2 = VE .
FEN2
FIN2
.
VO2
30 s. Temps
.
VO2= consommation O2 en 1 minute
VI= volume d’air inspiré
VE= volume d’air expiré
f: Fréquence respiratoire (nbr de cycles en 1min)
FIO2: fraction d’O2 dans l’air inspiré
FEO2: fraction d’O2 dans l’air expiré
.
. FIO2 ) - VE . FEO2
FEN2 . FIO2
FIN2
- FEO2
.
.
.
VCO2 = VE . FECO2 - VI . FICO2
FICO2 = 0
.
.
VCO2 = VE . FECO2
107
III- ECHANGES GAZEUX PULMONAIRES
Volume
CO2 expiré est éliminé (Chaux)
A - Débits de gaz
4) Mesure des échanges gazeux
5) valeur des échanges
VO2 = VI . FIO2 - VE . FEO2
.
.
VO2 = VI . FIO2 - VE . FEO2
VO2 = VI . f . FIO2 - VE . f . FEO2
.
.
.
VO=2 =
. f . FIO
. f . FEO2
2 -VE
VO
VIVI
. FIO
. FEO
2
2 - VE
2
Si QR = 1
VI = VE
.
.
VO2 = VE . (FIO2 - FEO2)
Si QR ≠ 1
VI ≠ VE
.
.
VI . FIN2 = VE . FEN2
.
.
FEN2
VI = VE .
FIN2
.
.
VO2 = (VE .
.
.
VO2 = VE .
FEN2
FIN2
.
. FIO2 ) - VE . FEO2
- FEO2
.
.
.
VCO2 = VE . FECO2 - VI . FICO2
FICO2 = 0
.
.
VCO2 = VE . FECO2
30 s. Temps
.
VO2 repos = 250 - 300 ml / minute ≈ 4 ml/min./Kg
.
VCO2 repos = 200 - 240 ml / minute
.
VO2 Max est caractéristique de chaque individu
Masse corporelle
Sexe
Patrimoine génétique
Age
Entraînement
.
VO2 Max
FEN2 . FIO2
FIN2
.
VO2
ml/min/Kg
80
entraîné
60
80
70
47
40
37
O
O
O
O
sédentaire
20
4
repos
Intensité exercice
108
B - Ventilation alvéolaire
1) Espaces morts
embolie
pulmonaire
Espace mort anatomique + espace mort alvéolaire
=
Espace mort physiologique
109
B - Ventilation alvéolaire
1) Espaces morts
VAS: voies aériennes supérieures
O2
Air
ambiant
O2
VC = 450 ml
O2
Espace
mort
VAS
CO2
VAS
VAS
VM = 150 ml
VAS
O2
O2
CO2
CO2
Fin d’inspiration- Début Expiration
Début d’inspiration
Fin d’expiration
110
B - Ventilation alvéolaire
1) Espaces morts
VC = VM + VA= 150 + 300
Volume Mort
constant
Volume minute
constant
A
B
C
D
VM (ml)
150
150
150
150
VC (ml)
156,25
250
500
1000
f (cycles/min
.
VE (l/min)
.
VA (l/min)
.
VM (l/min)
32
20
10
5
5
5
5
5
0,2
2
3,5
4,25
4,8
3
1,5
0,75
Si f diminue
.
VA augmente
Plus la fréquence ventilatoire f est faible meilleure est la ventilation alvéolaire
111
B - Ventilation alvéolaire
2) Mesure des Espaces morts
CO2 expiré vient uniquement du volume d'air alvéolaire (VA) donc :
VE x FE CO2 = VA x FA CO2
VE = Volume Expiré
FECO2 = fraction de CO2 dans l'air expiré
VA = volume alvéolaire
FA CO2 = fraction de CO2 dans l'air alvéolaire.
VE = VM + VA donc VA= VE -VM
VE x FE CO2 = (VE-VM) x FA CO2
VE x FE CO2 = VE FA CO2 –VM FA CO2
VM FA CO2 = VE FA CO2 – VE x FE CO2
VM FA CO2 = VE (FA CO2 – FE CO2)
VM = (FA CO2 – FE CO2) = 0,3
VE
FA CO2
Equation de BOHR
112
B - Ventilation alvéolaire
3) Hétérogénéité de l’air expiré et de l’air alvéolaire
O2
Air
ambiant
O2
Inspiration Expiration
O2
Espace
mort
VAS
CO2
VAS
mmHg
PEO2
150
Air
À la
bouche
PECO2
100
CO2
40
0
CO2
Fin d’inspiration
Début d’inspiration
mmHg 105
PAO2
m:100
96
Air
alvéolaire
42
PACO2
m:40
38
EM
EM
EM: Espace Mort
113
C - Diffusion alvéolo-capillaire
1) membrane alvéolo-capillaire
Capillaire
Cellule endothéliale
GR
O2
CO2
Alvéole
Cellule
épithéliale
Membrane
alvéolo-Capillaire
Hémoglobine
7
6
5
4
3
2
1
O2
7
Liquide
intraérythrocytaire
6
Paroi hématie
5
plasma
4
Paroi capillaire
3
Liquide interstitiel
Paroi alvéole
Film liquidien
2
1
114
C - Diffusion alvéolo-capillaire
1) membrane alvéolo-capillaire
Pression inspirée en O2 = PIO2
Pression Expirée en O2 = PEO2
Pression alvéolaire en O2 = PAO2
Pression capillaire en O2 = PcO2
Pression veineuse en O2 = PvO2
Pression artérielle en O2 = PaO2
115
C - Diffusion alvéolo-capillaire
2) pressions partielles
PIO2 = FIO2 . (PB - PIH2O)
PIO2
PIN2
PIH2O : 47
PB
Mer: PIO2 = 0,21 . (760 - 47) = 150 mmHg
O2 pur : PIO2 = 1 . (760 - 47) = 713 mmHg
AIR
à 5000 m: PIO2 = 0,21 . (400 - 47) = 74 mmHg
O2 pur : PIO2 = 1 . (400 - 47) = 353 mmHg
- 50
PAO2
PAN2
PACO2 : 40
PAH2O : 47
PB
- 50
(consommation d’O2 dans l’alvéole)
PAO2: 100
PAN2
PACO2 : 40
PAH2O : 47
PAO2
=
100 mm Hg
PvCO2
=
46 mm Hg
O2
Art.P
Cap.A
CO2
Mer
PAO2 = FAO2 . (PB - 47)
PvO2
SANG
=
40 mm Hg
PACO2
=
40 mm Hg
PaO2
=
100 mm Hg
Vein.P
PaCO2
=
40 mm Hg
AIR
SANG
116
Dans le capillaire
C - Diffusion alvéolo-capillaire
4) capacité de diffusion
Dans le capillaire
P02 (mm Hg)
100
P02
100 mm
Hg
40
Temps (s)
0
0,25
0,50
entrée
0,75
sortie
Capacité de Diffusion du CO2 > O2
AP
VP
P02: 100
PC02: 40
P02: 40
PC02: 46
P02: 100
PC02: 40
Anomalies:
-
Embolie pulmonaire
Amputation pulmonaire
Tumeur bronchique
Fibrose pulmonaire
PC02 (mm Hg)
46
40
0
Temps (s)
0,25
0,50
0,75
Temps dans le capillaire
117
C - Diffusion alvéolo-capillaire
4) capacité de diffusion
S = surface (100m2)
V° gaz ∼ S . D . (P1 - P2)
E
constante de diffusion (D)
solubilité du gaz (Sol, )
poids moléculaire (PM)
où
D ∼ Sol
√PM
t(min)
Ses paramètres sont difficiles à
mesurer individuellement
Donc on les regroupe (CD)
E = Epaisseur (0,5 µm)
coefficient de diffusion (CD) = D . S
E
.
V = CD (P1 – P2)
.
V
CD =
=
P1 – P2
Débit (diffusion)
PA - PC
CD en mL / min / mmHg

CD =
PM
CO2

0,003
0,065
20
PM(g)
32
44
≠
PM
5,6
6,6
≠
CO2 étant 20 fois plus soluble
Surface ( 70 m2)
.
O2
diffuse 20 fois plus facilement
qu’O2
Epaisseur ( 0,2 à 1 m)
Si:
* Surface diminue
CD diminue
* épaisseur augmente
118
C - Diffusion alvéolo-capillaire
5) Mesure de la CD de O2
.
V O2
CD O2 =
PA O2 - PC O2
Or PC O2 est variable…
Pour mesurer la Capacité de Diffusion du O2 on mesure celle d’un autre Gaz : CO
Si 0,2% CO dans air inspiré PC CO = 0
.
V CO
Donc
CD CO =
PA CO
Affinité forte pour l'hémoglobine du CO >> se lie rapidement à elle >> donc sa
pression partielle dans le sang capillaire (P2) est négligeable
.
.
.
VCO = VI . FICO - VE . FECO
PA CO = FA CO (PB - 47)

CD =
PM
Surface
.
Epaisseur
Donc CD O2 ≠ CD CO
CD O2 = 1,23 CD CO
CD O2 = 20 mL / min. / mmHg
CD CO2 = 400 mL / min. / mmHg
119
D - Rapport ventilation perfusion
Efficacité des échanges alvéolocapillaires
Inégalités du rapport ventilation/perfusion dans l’ensemble du poumon
120
D - Rapport ventilation perfusion
Efficacité des échanges alvéolocapillaires
Inégalités du rapport ventilation/perfusion dans l’ensemble du poumon
- 10
-6
Cm H2O
-2
Paroi pulmonaire
Plèvre pariétale
Paroi thoracique
Plèvre viscérale
Les alvéoles du sommet sont plus ouverts
que ceux de la base
121
D - Rapport ventilation perfusion
Efficacité des échanges alvéolocapillaires
Inégalités du rapport ventilation/perfusion dans l’ensemble du poumon
122
D - Rapport ventilation perfusion
Efficacité des échanges alvéolocapillaires
Inégalités du rapport ventilation/perfusion dans l’ensemble du poumon
Alvéole
Pa: différences de pression artérielle entre le haut et le bas du poumon
PA: différences de pression alvéolaire entre le haut et le bas du poumon
Artère
pulmonaire
1: Gravité (poids du sang)
Pression vasculaire plus haute en bas (+22,5mmHg)
moins sensibles à la compression
2: Compression des vaisseaux par les alvéoles (PA) identique en bas et en haut
123
D - Rapport ventilation perfusion
Efficacité des échanges alvéolocapillaires
Inégalités du rapport ventilation/perfusion dans l’ensemble du poumon
124
D - Rapport ventilation perfusion
1) Alvéole non ventilé
.
Débit ventilatoire alvéolaire (VA) = nombre de L d’air (rentre ou sort) des alvéoles par unité de temps (L/min)
.
Q = perfusion = débit de sang qui passe dans les capillaires alvéolaire en L de sang/min
VA
VA
L air/min
VA
PO2 <100
PO2 <100
PAO2 = 100
O2 >100
Q
PO2 = 100
Q
Rapport ventilation perfusion =
VA
PO2 >100
L sang/min
Q
Q
125
D - Rapport ventilation perfusion
2) Alvéole non perfusé
VA = 0
VA: normal
VA: normal
PAO2 = 40
PAO2 = 100
PAO2 = 150
PACO2 = 46
PACO2 = 40
PACO2 = 0
Pa O2 = 40
Pv O2 = 40
Pa CO2 = 46
Pv CO2 = 46
Pv O2 = 40
Pa O2 = 100
Pa O2 = 150
Pv CO2 = 46
Pa CO2 = 40
Pa CO2 = 0
Q: normal
Q: normal
VA
Q=0
VA
VA
= 0
= infini
= 0,85
Q
Q
Q
shunt
VA
Shunt physiologique:
PO2
PCO2
Donc si
Q
PaO2
EMort
alvéolaire
PaCO2
126
VA
Débits (l/min)
- 12 (+ 20%)
Q
VA
3,3
Q
- 8 (+ 33%)
Q
Cm H2O
- 4 (+ 100%)
VA
INSPIRATION
Les alvéoles de la base s’ouvrent plus que ceux du sommet
L’air inspiré se dirige préférentiellement vers la base
0,6
BASE
SOMMET
VA
Q
VA /Q
PO2
Litres/ min
Des bases aux sommet
VA est divisé par 3,5
Q est divisé par 18,5
PCO2
mm Hg
0,24
0,07
3,3
132
28
0,33
0,19
1,8
121
34
0,42
0,33
1,3
114
37
0,52
0,50
1,0
108
39
0,60
0,71
0,85
100
40
0,67
0,83
0,80
98
41
0,72
0,98
0,73
95
41
0,78
1,15
0,68
92
42
0,82
1,29
0,63
89
42
0,85
100
40
mmHg
mm Hg
Air alvéolaire
moyen
127
Air
PO2: 150
PCO2: 0
Artère pulmonaire
Alvéole
PO2: 40
PCO2: 46
PO2: 100
PO2: 100
PCO2: 40
PCO2: 40
SHUNT
PO2: 100
PCO2: 40
Veine
pulmonaire
PO2: 98
PCO2: 41
PO2: 40
Veine bronchique
PCO2: 46
128
Circ. bronchique
Veine bronchique
Artère bronchique
POUMONS
Veine
pulmonaire
Veine cave
supérieure
Circ. Pulmo\Fonct
Artère
pulmonaire
OD
Veine cave
inferieure
Aorte
OG
Veine
pulmonaire
VD VG
Aorte
descendante
FOIE
INTESTIN
REINS; RATE; MEMBRES…
129
Air
PO2: 150
PCO2: 0
Artère pulmonaire
Alvéole
PO2: 40
PCO2: 46
PO2: 100
PO2: 100
PCO2: 40
PCO2: 40
SHUNT
PO2: 100
PCO2: 40
Veine
pulmonaire
PO2: 98
PCO2: 41
PO2: 40
Veine bronchique
PCO2: 46
130
RESUME
VC = 0,5 l
VE = 7 l/min
f = 14 cycles/min
.
VE
7 l/min
Haut du poumon
Bas du poumon
shunt
0,07
l/min
Volume en noir
.
Débit d’air V en. bleu
Débit de sang Q en vert
131
RESUME
EM: espace mort
VC = 0,5 l
VE = 7 l/min
f = 14 cycles/min
.
VE
7 l/min
1,75 l/min
0,35 l/min
EM anatomique: 0,125 l
EM
alvéolaire: 0,025 l
EMort
physiologique:
. 0,15 l
VEM = 2,1 l/min
Haut du poumon
Bas du poumon
shunt
0,07
l/min
Volume en noir
.
Débit d’air V en. bleu
Débit de sang Q en vert
132
RESUME
EM: espace mort
VC = 0,5 l
VE = 7 l/min
f = 14 cycles/min
.
VE
7 l/min
1,75 l/min
0,35 l/min
EM anatomique: 0,125 l
EM
alvéolaire: 0,025 l
EMort
physiologique:
. 0,15 l
VEM = 2,1 l/min
Haut du poumon
VA = 0, 35 l
.
VA
=
4,9 l/min
Bas du poumon
shunt
0,07
l/min
Volume en noir
.
Débit d’air V en. bleu
Débit de sang Q en vert
133
RESUME
EM: espace mort
VC = 0,5 l
VE = 7 l/min
f = 14 cycles/min
.
Q
.
VE
7 l/min
Artère pulmonaire
1,75 l/min
0,35 l/min
6,5 l/min
EM anatomique: 0,125 l
EM
alvéolaire: 0,025 l
EMort
physiologique:
. 0,15 l
VEM = 2,1 l/min
Haut du poumon
0,18
l/min
2,25
l/min
VA = 0, 35 l
.
4
VA
=
4,9 l/min
l/min
Bas du poumon
shunt
0,07
l/min
Volume en noir
.
Débit d’air V en. bleu
Débit de sang Q en vert
6,5 l/min
Veine pulmonaire
134
RESUME
EM: espace mort
VC = 0,5 l
VE = 7 l/min
.
f = 14 cycles/min
.
VE
7 l/min
Artère pulmonaire
0,35 l/min
6,5 l/min
Q
1,75 l/min
EM anatomique: 0,125 l
EM
alvéolaire: 0,025 l
EMort
physiologique:
. 0,15 l
VEM = 2,1 l/min
Haut du poumon
.
0,18
2,25
l/min
4
l/min
l/min
.
VA
. = 0,85
Q
.
VA
. = 3,3
Q
VA = 0, 35 l
.
VA
=
4,9 l/min
VA
. = 0,6
Q
Bas du poumon
shunt
0,07
l/min
Volume en noir
.
Débit d’air V en. bleu
Débit de sang Q en vert
6,5 l/min
Veine pulmonaire
135
RESUME
VC = 0,5 l
VE = 7 l/min
.
f = 14 cycles/min
PO2: 150
PCO2: 0
VE
7 l/min
Artère pulmonaire
PaO2: 40
PaCO2:46
1,75 l/min
0,35 l/min
6,5 l/min
EM: espace mort
EM anatomique: 0,125 l
EM
alvéolaire: 0,025 l
EMort
physiologique:
. 0,15 l
VEM = 2,1 l/min
Haut du poumon
.
0,18
2,25
l/min
4
l/min
l/min
.
VA
. = 0,85
Q
.
VA
. = 3,3
Q
VA = 0, 35 l
.
VA
=
4,9 l/min
VA
. = 0,6
Q
Bas du poumon
shunt
0,07
l/min
Volume en noir
.
Débit d’air V en. bleu
Débit de sang Q en vert
6,5 l/min
Veine pulmonaire
136
RESUME
VC = 0,5 l
VE = 7 l/min
.
f = 14 cycles/min
PO2: 150
PCO2: 0
VE
7 l/min
Artère pulmonaire
PaO2: 40
PaCO2:46
EM: espace mort
EM anatomique: 0,125 l
1,75 l/min
0,35 l/min
6,5 l/min
150
EM
0
alvéolaire: 0,025 l
EMort
physiologique:
. 0,15 l
VEM = 2,1 l/min
Haut du poumon
.
0,18
2,25
l/min
4
l/min
l/min
.
VA
. = 0,85
Q
.
VA
. = 3,3
Q
VA = 0, 35 l
.
VA
=
4,9 l/min
VA
. = 0,6
Q
Bas du poumon
shunt
0,07
l/min
Volume en noir
.
Débit d’air V en. bleu
Débit de sang Q en vert
6,5 l/min
Veine pulmonaire
137
RESUME
VC = 0,5 l
VE = 7 l/min
.
f = 14 cycles/min
PO2: 150
PCO2: 0
VE
7 l/min
Artère pulmonaire
PaO2: 40
PaCO2:46
EM: espace mort
EM anatomique: 0,125 l
1,75 l/min
0,35 l/min
6,5 l/min
150
EM
0
alvéolaire: 0,025 l
EMort
physiologique:
. 0,15 l
VEM = 2,1 l/min
Haut du poumon
.
0,18
2,25
l/min
4
l/min
VA
. = 3,3
Q
l/min
.
VA
. = 0,85
Q
.
PACO2
28
PAO2
130
28
130
VA = 0, 35 l
.
VA
=
4,9 l/min
VA
. = 0,6
Q
Bas du poumon
shunt
0,07
l/min
Volume en noir
.
Débit d’air V en. bleu
Débit de sang Q en vert
6,5 l/min
Veine pulmonaire
138
RESUME
PO2: 150
PCO2: 0
VC = 0,5 l
VE = 7 l/min
.
f = 14 cycles/min
VE
7 l/min
EM anatomique: 0,125 l
1,75 l/min
Artère pulmonaire
PaO2: 40
PaCO2:46
EM: espace mort
0,35 l/min
6,5 l/min
150
EM
0
alvéolaire: 0,025 l
EMort
physiologique:
. 0,15 l
VEM = 2,1 l/min
Haut du poumon
.
0,18
2,25
l/min
4
l/min
.
VA
. = 3,3
Q
l/min
.
PACO2
28
VA
. = 0,85
Q
PACO2
40
PAO2
130
28
130
VA = 0, 35 l
.
VA
=
4,9 l/min
PAO2
100
VA
. = 0,6
Q
100
40
Bas du poumon
shunt
0,07
l/min
Volume en noir
.
Débit d’air V en. bleu
Débit de sang Q en vert
6,5 l/min
Veine pulmonaire
139
RESUME
PO2: 150
PCO2: 0
VC = 0,5 l
VE = 7 l/min
.
f = 14 cycles/min
VE
7 l/min
EM anatomique: 0,125 l
1,75 l/min
Artère pulmonaire
PaO2: 40
PaCO2:46
EM: espace mort
0,35 l/min
6,5 l/min
150
EM
0
alvéolaire: 0,025 l
EMort
physiologique:
. 0,15 l
VEM = 2,1 l/min
Haut du poumon
.
0,18
2,25
l/min
l/min
.
PACO2
28
VA
. = 0,85
Q
4
l/min
PACO2
40
.
shunt
0,07
l/min
28
130
VA = 0, 35 l
.
PAO2
100
100
89
40
O2 89
Bas du poumon
PAO2
130
VA
=
4,9 l/min
VA
. = 0,6
Q
42
VA
. = 3,3
Q
CO2 42
Volume en noir
.
Débit d’air V en. bleu
Débit de sang Q en vert
6,5 l/min
Veine pulmonaire
140
RESUME
PO2: 150
PCO2: 0
VC = 0,5 l
VE = 7 l/min
.
f = 14 cycles/min
VE
7 l/min
EM anatomique: 0,125 l
1,75 l/min
Artère pulmonaire
PaO2: 40
PaCO2:46
EM: espace mort
0,35 l/min
6,5 l/min
150
EM
0
alvéolaire: 0,025 l
EMort
physiologique:
. 0,15 l
VEM = 2,1 l/min
Haut du poumon
.
0,18
2,25
l/min
l/min
.
PACO2
28
VA
. = 0,85
Q
4
l/min
PACO2
40
.
28
130
VA = 0, 35 l
.
PAO2
100
100
89
40
O2 89
Bas du poumon
PAO2
130
VA
=
4,9 l/min
VA
. = 0,6
Q
42
VA
. = 3,3
Q
CO2 42
O2100
CO240
shunt
0,07
l/min
Volume en noir
.
Débit d’air V en. bleu
Débit de sang Q en vert
PaO2: 98
PaCO2:40
6,5 l/min
Veine pulmonaire
141
RESUME
PO2: 150
PCO2: 0
VC = 0,5 l
VE = 7 l/min
.
f = 14 cycles/min
VE
7 l/min
EM anatomique: 0,125 l
1,75 l/min
Artère pulmonaire
PaO2: 40
PaCO2:46
EM: espace mort
0,35 l/min
6,5 l/min
150
EM
0
alvéolaire: 0,025 l
Haut du poumon
.
0,18
2,25
l/min
.
4
l/min
PACO2
40
.
PACO2
28
0,07
l/min
130
VA = 0, 35 l
.
PAO2
100
40
base
Hypo ventilation
relative
Effet shunt
shunt
28
100
89
O2 89
Bas du poumon
PAO2
130
VA
=
4,9 l/min
VA
. = 0,6
Q
42
Sommet
Hyper ventilation
relative
Effet EM
VA
. = 3,3
Q
l/min
VA
. = 0,85
Q
EMort
physiologique:
. 0,15 l
VEM = 2,1 l/min
CO2 42
O2100
CO240
Volume en noir
.
Débit d’air V en. bleu
Débit de sang Q en vert
PaO2: 98
PaCO2:40
6,5 l/min
Veine pulmonaire
142
IV- TRANSPORT DES GAZ DANS LE SANG
A – Oxygène
1) Forme dissoute
GAZ DISSOUS DANS LE PLASMA SANGUIN
 = coefficient de solubilité d’un gaz dans un liquide
(ml de gaz dissous dans 100 ml de sang quand le gaz exerce une pression partielle de 1 mmHg)
O2 :  = 0,003
Sang artériel Pa O2 = 100 mm Hg
O2 dissous = 0,003 x 100 = 0,3 ml d’ O2 / 100 ml de sang artériel
Sang veineux Pv O2 = 40 mm Hg
O2 dissous = 0,003 x 40 = 0,12 ml d’ O2 / 100 ml de sang veineux
Respiration d’ O2 pur:
PAO2 = PB - PCO2 - PH2O
O2 dissous = 0,003 x 673 = 2 ml d’ O2 / 100 ml de sang
PAO2 = 760 - 40 - 47 = 673 mm Hg = PaO2
Sang artériel Pa O2 = 100 mm Hg
O2 dissous = 0,003 x 100 = 0,3 ml d’ O2 / 100 ml de sang artériel
.
Q = 6,5L/min donc 6500ml/min donc en théorie 65 x 0,3 ml d’O2/min = 19,5ml/min
Forme dissoute = forme biologiquement active et qui exerce une pression partielle
Consommation d’O2 ≈ 300 ml/min !!!
Forme combinée = 99% de l’oxygène est combinée
143
IV- TRANSPORT DES GAZ DANS LE SANG
A – Oxygène
1) Forme dissoute
GAZ DISSOUS DANS LE PLASMA SANGUIN
 = coefficient de solubilité d’un gaz dans un liquide
(ml de gaz dissous dans 100 ml de sang quand le gaz exerce une pression partielle de 1 mmHg)
O2 :  = 0,003
Sang artériel Pa O2 = 100 mm Hg
O2 dissous = 0,003 x 100 = 0,3 ml d’ O2 / 100 ml de sang artériel
Sang veineux Pv O2 = 40 mm Hg
O2 dissous = 0,003 x 40 = 0,12 ml d’ O2 / 100 ml de sang veineux
Respiration d’ O2 pur:
PAO2 = PB - PCO2 - PH2O
O2 dissous = 0,003 x 673 = 2 ml d’ O2 / 100 ml de sang
PAO2 = 760 - 40 - 47 = 673 mm Hg = PaO2
CO2 :  = 0,065
Sang artériel Pa CO2 = 40 mm Hg
CO2 dissous = 0,065 x 40 = 2,6 ml de CO2 / 100 ml de sang artériel
Sang veineux Pv O2 = 46 mm Hg
CO2 dissous = 0,065 x 46 = 3 ml de CO2 / 100 ml de sang veineux
144
IV- TRANSPORT DES GAZ DANS LE SANG
A – Oxygène
2) Forme combinée
O2 cédé
aux tissus
O2 venant
du poumon

Hème

Hème
GR
Protéine
Quantité d’O2 fixé à l’hémoglobine
Molécules
d’hémoglobine
O2 lié à Hb
hématie
HbO2 = concentration Hb x pouvoir oxyphorique x saturation
HbO2 = 15 g/ 100 ml x 1,39 ml O2 /g Hb x 0,96 = 20 ml O2/ 100 ml sang artériel
Le contenu total du sang en O2 dépend principalement de la forme combinée de l’O2
EPO (rein à 90%)
Fe
Hème
Une mole d’hémoglobine peut fixer 4 moles d’O2
Fe
O2
CO+++
2
1
141 aa
Affinité x 250
Hème
CO2
1
2
146 aa
Fe
Hème
GLOBINE
Fe
Hème
145
Courbe de Dissociation de l’Oxyhémoglobine
Saturation de l’Hb (%)
Altitude 3000 m
60 mm Hg 90%
O2 pur
673 mm Hg
100%
96 %
67 %
Sang
artériel
Sang
veineux
Favorise l’oxygénation du sang (Affinité plus grande >>> ++ fixation Hb)
(paO2)
Favorise l’oxygénation des tissus (Affinité plus faible >>> ++ libération O2 par l’Hb)
146
Courbe de Dissociation de l’Oxyhémoglobine
PCO2 (acide)
Saturation de l’Hb (%)
déplacement
à
droite
amélioration
oxygénation
tissulaire
Altitude 3000 m
60 mm Hg 90%
O2 pur
673 mm Hg
100%
96 %
67 %
Saturation de l’Hb (%) = Affinité
pH
Température
Favorise
l’oxygénation
du sang
Captation O2
plus facile
Déplacement de la CDO
Affinité de l’Hb pour
O2 augmentée
Affinité de l’Hb
pour O2 diminuée
Libération O2
plus facile
pH
7,6
7,4
7,2
Favorise
l’oxygénation
des tissus
Sang
artériel
Sang
veineux
(paO2)
147
Courbe de Dissociation de l’Oxyhémoglobine
PCO2 (acide)
Saturation de l’Hb (%)
déplacement
à
droite
amélioration
oxygénation
tissulaire
Saturation de l’Hb (%) = Affinité
pH
Température
Altitude 3000 m
60 mm Hg 90%
O2 pur
673 mm Hg
100%
96 %
67 %
Favorise
l’oxygénation
du sang
Captation O2
plus facile
Déplacement de la CDO
Affinité de l’Hb pour
O2 augmentée
Affinité de l’Hb
pour O2 diminuée
Libération O2
plus facile
pH
7,6
7,4
7,2
Favorise
l’oxygénation
des tissus
Sang
veineux
(paO2)
Saturation de l’Hb (%)
Sang
artériel
0°
20 °
37 °
43 °
PCO2(mm Hg)
38
40
42
Température
148
Bicarbonates : 89%
AC
CO2
Carbamates: 5%
Cdissous  6%
Dissous: 6%
0,065 x 40 = 2,6 ml de C/ 100 ml de sang artériel
0,065 x 46 = 3 ml de C/ 100 ml de sang veineux
Ccombiné
Carbamates  5% (Prot + CO2)
H
H
+ CO2
R N
R N
+ H+
COOH
Dissous: 1%
HbO2: 99%
H
H
O2
HbO2
+ CO2
N
HHb
+ O2
COO-
H
Hb
N
2,5 ml de C/ 100 ml de sang artériel
4 ml de C/ 100 ml de sang veineux
O2
Hb
Bicarbonates  89%
O2
AC
H2CO3
CO2 + H2O
HCO-3 + H+
AC
D
D
Sang
Sang
Sang
Sang
artériel
veineux
artériel
veineux
44 ml de C/ 100 ml de sang artériel
47 ml de C/ 100 ml de sang veineux
HCO3- (=bicarbonate) H2CO3 (=acide carbonique) AC : anhydrase carbonique
149
.
VE 8L/min= débit ventilatoire externe (multiplication du VC par la fréquence respiratoire soit 0,5 fois 16)
100%
O2
.
VE
L/min.
air
100%
N2
.
VE
L/min.
air
air
air
Temps
7%
CO2
.
VE
L/min.
Temps
.
VE
L/min.
air
Soupir
volontaire
air
Temps
Temps
Centre
Pneumotaxique
Centre
Apneustique
Centre
Ventral
Inspi expi
Pont
Bulbe
Centre
Dorsal Inspi
Activité respiratoire
rythmique,
Automatique
permanente
Prend naissance dans
des réseaux neuronaux
du tronc cérébral
Automatisme
respiratoire
nerf phrénique
C4
Diaphragme
Centre
Pneumotaxique
Centre
Apneustique
Centre
Ventral
Inspi expi
Pont
Bulbe
Centre
Dorsal Inspi
Activité respiratoire
rythmique,
Automatique
permanente
Prend naissance dans
des réseaux neuronaux
du tronc cérébral
Automatisme
respiratoire
Activité respiratoire
rythmique,
Automatique
permanente
Centre
Pneumotaxique
Centre
Apneustique
Prend naissance dans
des réseaux neuronaux
du tronc cérébral
Centre
Ventral
Inspi expi
Centre
Dorsal Inspi
Pont
Automatisme
respiratoire
Régulée par de multiples
facteurs pour adapter le
fonctionnement de l’appareil
respiratoire aux besoins.
Bulbe
Contrôle
Régulation Périphérique
Nerf X (Vague)
+ Inspiration
Régulation Locale
Centres Bulbaires
Régulation Mechanique
Centres
Mécanorécepteurs des
Voies aériennes
Pulmonaires
sensibles à l’étirement
Poussière
Chémorécepteurs
Voies aériennes
Pulmonaires
Nerf IX
chémorécepteurs centraux
 Baisse pH
 Augmentation PCO2
Lente importante
Chémorécepteurs
périphériques
 Baisse PO2
 Baisse pH
 Augmentation PCO2
carotidiens
Sinus carotidiens
aortiques
Rapide Limitée
Reflexe
Hering-Breuer
(stop inspir)
↗ PCO2
Gaz irritant
+ Inspiration
Régulation chimique
Régulation chimique
Contrôle de la respiration
• Ventilation du sujet normal adaptée
– aux modifications des besoins métaboliques
– à l’utilisation du système respiratoire pour des activités non
liées aux échanges gazeux
– aux modifications de la composition ou des pressions
partielles de l’air ambiant
• Face à un processus pathologique, maintien des PO2 et
PCO2
Contrôle de la respiration
• PaO2 et PaCO2 doivent rester constantes
• Le système respiratoire réagit de telle manière que
– si PaO2 ↘ ou PaCO2 ↗ → Hyperventilation
– si PaO2 ↗ ou PaCO2 ↘ → Hypoventilation
– si pH ↘ → Hyperventilation
– si pH ↗ → Hypoventilation
Ventilation = fréquence respiratoire x volume courant
Activité respiratoire
rythmique,
Automatique
permanente
Centre
Pneumotaxique
Centre
Apneustique
Prend naissance dans
des réseaux neuronaux
du tronc cérébral
Centre
Ventral
Inspi expi
Centre
Dorsal Inspi
Pont
Automatisme
respiratoire
Régulée par de multiples
facteurs pour adapter le
fonctionnement de l’appareil
respiratoire aux besoins.
Bulbe
Contrôle
Régulation Périphérique
Nerf X (Vague)
+ Inspiration
Régulation Locale
Centres Bulbaires
Régulation Mechanique
Centres
Mécanorécepteurs des
Voies aériennes
Pulmonaires
sensibles à l’étirement
Poussière
Chémorécepteurs
Voies aériennes
Pulmonaires
Nerf IX
chémorécepteurs centraux
 Baisse pH
 Augmentation PCO2
Lente importante
Chémorécepteurs
périphériques
 Baisse PO2
 Baisse pH
 Augmentation PCO2
carotidiens
Sinus carotidiens
aortiques
Rapide Limitée
Reflexe
Hering-Breuer
(stop inspir)
↗ PCO2
Gaz irritant
+ Inspiration
Régulation chimique
Régulation chimique