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La mécanique ventilatoire
1-Définition
2-Les muscles respiratoires
3-Le cycle respiratoire (relation P/V)
4-Les Résistances
statiques
dynamiques
Mécanique ventilatoire
1- Définition
• Étude des forces qui mobilisent le
poumon et la paroi thoracique
• et des résistances qui s ’y opposent
 forces  contraction musculaire
 résistances  statiques (structure poumon-thorax...)
 dynamiques (RVA, frottements tissus)
2- Les muscles respiratoires
les muscles inspiratoires
le diaphragme:
• formé d'un centre tendineux,
• et d'une partie musculeuse
qui comporte 3 piliers (sternal,costal et
vertébral)
• innervé par les n. phréniques droit
et gauche (3,4 et 5ème racines
cervicales)
•sa contraction provoque un élargissement des 3
diamètres du thorax, par un mouvement de piston
•M. inspiratoire principale
Les muscles respiratoires
les muscles inspiratoires
Les muscles intercostaux externes
• orientés en bas et en avant, projettent les côtes en haut et en
avant
 stabilisent la cage thoracique
 augmentent le diamètre latéral
Les muscles respiratoires
les muscles inspiratoires
les muscles inspiratoires
accessoires
• m. scalènes, qui élèvent les 2
premières côtes
• m. sterno-cleido-mastoïdien,
attire le sternum en haut et
en avant
Les muscles respiratoires
les muscles expiratoires
• L'expiration est un phénomène passif en
respiration calme, grâce aux propriétés élastiques
du thorax
• Pour des débits élevés vont intervenir:
– les m. abdominaux (grand droit, transverse,
obliques)
– les m. intercostaux internes orientés en bas et
en arrière, projettent les côtes en bas et en
dedans
Exploration des muscles respiratoires
• Radiographie, radioscopie
• Electromyographie : recherche une atteinte
neuro-musculaire
• Mesure des pressions respiratoires maximales,
(reflet de la force des muscles respiratoires)
3- Le cycle respiratoire
évolution des pressions et des
volumes
L ’appareil thoraco-pulmonaire
Voies
aériennes
Pression
pleurale
Pression
alvéolaire
Poumon
Cage
thoracique
diaphragme
•Cage thoracique : système fermé
•Poumon : système ouvert
Cage thoracique : système fermé
• Loi des gaz : PV = nRT
• Loi de Boyle-Mariotte : PV = constante
à température constante
V
P
V
P
T : température, P : pression, V : volume
Poumon : système ouvert
P atmosphérique ou barométrique = 760mmHg
= référence (prise comme 0) = Patm ou PB
Patm
Inspiration:
•La pression
alvéolaire PA
diminue
•PA<Patm
•L’air entre de
l’extérieur vers
les alvéoles
PA 
L’air se déplace d’une zone de haute pression vers une zone de basse pression
Poumon : système ouvert
P atmosphérique
Expiration:
•La pression
alvéolaire PA
augmente
•PA>Patm
•L’air sort des
alvéole vers
l’extérieur
PA 
Le cycle
respiratoire
Inspiration
Contraction muscles inspiratoires
Expansion cage thoracique
 Pression pleurale (Ppl)
Expansion poumon
 Pression alvéolaire (PA)
Débit aérien atmosphèrealvéole
Le cycle
respiratoire
Expiration
Relaxation muscles inspiratoires
Diminution du volume de la cage thoracique
 Pression pleurale (Ppl)
Diminution du volume pulmonaire
 Pression alvéolaire (PA)
Débit aérien alvéole atmosphère
Le cycle
respiratoire
Pression
intrapleurale
(cm H2O)
D ’après J.B. West,
Physiologie Respiratoire,
Ed Pradel
4- Les Résistances
Résistances dynamiques
R. des voies aériennes
Force appliquée
Résistances
élastiques
statiques
Inspiration
Les résistances
4-1 Statiques
exemple : la compliance pulmonaire :
• fibres élastiques
• interface gaz / liquide
4-2 Dynamiques
résistance à l’écoulement de l’air dans les voies
aériennes: les Résistances des Voies Aériennes
Chez l’homme sain, ces résistances sont faibles : ventiler
demande peu d’effort …
4-1 Statiques
Compliance pulmonaire
Volume pulmonaire
emphysème
normal
fibrose
Pression cmH2O
4-1 Compliance pulmonaire :
les fibres élastiques
• Tissu pulmonaire
= réseau de fibres interconnectées entre elles
• protéines de structures : élastine (principal composant
des fibres élastiques), collagène, glycoproteines,
protéoglycanes.
4-1 Compliance pulmonaire :
les fibres élastiques
• Destruction du tissu élastique : compliance trop élevée
: (emphysème) :
– l'élastine est altérée par des protéases, comme
l'élastase et les métalloprotéinases matricielles des
polynucléaires neutrophiles et macrophages
– des antiprotéases , dont l'-1antiprotéase, ou
antitrypsine, limitent leur action
• Remplacement du tissu élastique par un tissu rigide :
compliance faible (fibrose)
4-1Compliance pulmonaire :
l ’interface gaz-liquide
• Liquide : se rétracte pour obtenir une
surface minimale
• Tension superficielle (T) : force
superficielle de contraction d’un liquide
grâce à laquelle la surface air-liquide tend
à être la plus réduite possible
Compliance pulmonaire : l ’interface gaz-liquide
• Alvéole : assimilé à une sphère liquidienne
T
P
• Loi de Laplace : P = 2T/r
• P = pression, T = tension superficielle, r = rayon
T: dynes / cm, P: dynes / cm² ou cmH2O, r: cm
Le surfactant
• tapisse les alvéoles
• composé essentiellement de
phospholipides (dont la phosphatidyl
choline) et de 13% de protéines
• secrété par les pneumocytes II (PNII)
• Agent tensio-actif : réduit la tension
superficielle (donc réduit la force de
rétraction de la sphère)
Le surfactant
• demi-vie courte : phagocytose par les
macrophages alvéolaires et PNII,
passage vers les capillaires
• Chez le foetus:
– PNII vers 22 semaines d’aménorrhée
– surfactant vers 36 semaines d’aménorrhée
Maladie des membranes hyalines
Nourrisson normal
Membranes hyalines
(déficit en surfactant)
r = 50 µ
r = 25 µ
T = 5 dyn/cm
T =25 dyn/cm
P = 2 x 5 / 50 dyn/cm²
P = 2 x 25 / 25 dyn/cm²
P = 2 cm H2O
P = 20 cm H2O
P=2xT/r
Autres rôles du surfactant
• Stabilité pulmonaire : la tension de
surface varie avec l ’étirement du
surfactant
• Maintien les alvéoles au sec
Explorer la compliance statique
• Mesure des compliances : recherche !
nécessite la mise en place d ’un ballonnet
oesophagien
• Imagerie thoracique (TDM): bonne
corrélation anatomo-fonctionnelle
4-2 Les facteurs modifiant les résistances des
voies aériennes (RVA)
Modification « passive »
• gaz
• structure des bronches
• tissu de soutien
RVA
Modification « active » :
Bronchomotricité
Densité et viscosité des gaz
• En hyperbarie (plongée), l’ des RVA entraîne
une  travail respiratoire
• à 20 mètres, la pression est de 3 atmosphères, les
RVA sont multipliées par trois
• Remplacer l’azote par l’hélium, de faible densité
• Car les RVA  avec la  de densité et de
viscosité des gaz
Structure
de la trachée
BRONCHE
péribronche
Follicule
lymphoïde
Plaque cartilagineuse
Sous-muqueuse
Structure
des bronches
muqueuse
Glandes
Séro-muqueuses
Muscle de
Reissessen
muqueuse
BRONCHIOLE
Les bronches
sont enchâssées
dans le tissu
pulmonaire
Les facteurs modifiant les RVA
Modification « passive »
RVA
Modification « active » :
Bronchomotricité
• Voie nerveuse
• Médiateurs endogènes
bronchiques (mastocytes, celllules épithéliales)
extrinsèques (éosinophiles, neutrophiles)
Système nerveux
central
bulbe
Voies
afférentes
n. vague
récepteurs
- à l’irritation
- mécanorécepteurs
- extra-pulmonaires
Voies efférentes
• parasympathiques
(n. vague)
• sympathiques
muscle lisse
bronchomotricité
Système nerveux central
Centres végétatifs
Tonus parasympathique de repos
.
x
Nerf vague
Muscle lisse
bronchique
•Bronchoconstriction
• sécrétion mucus
Stimulation nerveuse parasympathique
(-)
Ac.Choline
agoniste
ß adrénergique
Atropine
(-)
Ac.Choline
récepteur
muscarinique
(+)
Récepteur M3 : bronchoconstriction
M2 : limite la relaxation
adrénergique
Fibre musculaire lisse
• Glande sous muqueuse
Centres végétatifs
• Art. bronchique
• Muscle lisse bronchique : non
Ganglions cervicaux
et thoraciques
Système sympathique
Segments
Moelle
dorsale
• Glande sous muqueuse
• Art. bronchique
• Muscle lisse bronchique
Centres végétatifs
Ganglions cervicaux
et thoraciques
Muscle lisse
R. 2 adrénergiques
adrénaline
circulante
bronchodilatation
Médullo• libération de médiateur (mastocyte)
surrénale
• œdème de la muqueuse
• Cl muco- ciliaire
Système sympathique
•
Segments
Moelle
dorsale
Interactions systèmes sympathique /
parasympathique
• Leur récepteurs sont couplés à des
protéines G
• ont les mêmes voies de signalisation
intra-cellulaire
• dans les mêmes cellules cibles
Système non adrenergique non cholinergique
NANC
•
•
Système inhibiteur, bronchodilatateur (exemple : monoxyde
d’azote, NO)
Système excitateur, bronchoconstricteur (associé à une
réaction inflammatoire ?)
Coût de la respiration en O2
• au repos : < 5% de la VO2 totale
• effort maximal : 8-15% de la VO2 totale
chez un sujet sain (mais 20-25% chez
un patient ayant une BPCO)