La Respiration - Physiologie

La Respiration : Pré Rentrée 2025 – Physiologie

I. Modalités de déplacement des gaz

Le déplacement des gaz s'opère par deux mécanismes principaux :

• Diffusion : Phénomène passif, lent en milieu aqueux, dépendant d'un gradient de concentration. Il modifie le mélange gazeux et assure les besoins des organismes de petite taille (unicellulaires).

• Convection : Phénomène actif nécessitant de l'énergie, caractérisé par un mouvement en masse, très rapide, sans modification de la composition gazeuse. Il répond aux besoins des organismes de grande taille.

II. Transport des gaz dans le sang

Les gaz peuvent exister sous plusieurs formes dans un liquide :

• Dissous

• Combinés à un transporteur (liaisons non covalentes)

• Combinés après une réaction chimique (liaisons covalentes)

Seule la forme dissoute détermine la pression partielle et participe aux échanges gazeux.

Contenu sanguin en O2

Le contenu sanguin en O2 est la somme de l'O2 lié à l'hémoglobine (Hb) et de l'O2 dissous. L'équation est :
CsangO₂ = [Hb (g/dl) x SaO₂ x 1,34 (ml/g/dl)] + PO₂ x 0,0034 (ml/mmHg/dl)

Courbe de dissociation de l'hémoglobine

C'est une courbe sigmoïde qui représente la saturation de l'hémoglobine en fonction de la pression partielle en O2.

• Si pO2 < 60 mmHg : l'hémoglobine libère l'O2 (chute de SaO2) dans les tissus.

• Si pO2 > 80 mmHg : la saturation en O2 est quasiment complète dans les poumons.

Quatre facteurs influencent cette courbe, favorisant la capture d'O2 dans les poumons et son largage dans les tissus :

• pCO2 : Faible dans les poumons (capture), haute dans les tissus (largage).

• pH : Basique dans les poumons (capture), acide dans les tissus (largage).

• 2-3 diphosphoglycérate (2-3 DPG) : Faible dans les poumons (capture), haute dans les tissus (largage).

• Température : Faible dans les poumons (capture), haute dans les tissus (largage).

Transport du CO2

Le CO2 est transporté sous trois formes :

• Dissous (5-10%) : CO2 dissous = pCO2 x 0,062 mL/dL/mmHg

• Ions bicarbonates : Produits dans les hématies grâce à l'Anhydrase Carbonique.

• Hémoglobine carbaminée : L'Hb capte le CO2 lorsque la PpO2 est basse (tissus) et le relâche lorsque la PpO2 est haute (poumons), via des réactions de carbamination et décarbamination.

Comparaison Sang Artériel / Veineux Mêlé :

Sang artérielSang veineux mêlépH7,407,38pO2 (mmHg)8540pCO2 (mmHg)4045Bicarbonates (mM)2422SaO2 (%)95%75-80%

III. Contrôle de la ventilation

Le contrôle de la ventilation possède deux composantes :

• Automatique : Une boucle de rétrocontrôle continue, gérée par le tronc cérébral. Elle est sensible aux variations de pCO2 artérielle, pH artériel, et pO2 artérielle. Chez le sujet sain, pCO2 et pH sont les principaux stimuli. En hypoxémie (pO2 < 65 mmHg), la pO2 artérielle devient également un stimulus.

• Volontaire : Conscient, sous dépendance du cortex cérébral (ex: apnée, parole, chant, rire) et permet la compensation des charges ventilatoires mécaniques.

IV. Nomenclature des volumes pulmonaires

La respiration alterne entre des périodes calmes et des événements forcés (expiration maximale, inspiration maximale). Les principaux volumes et capacités sont :

• Vt (Volume courant) : Volume d'air inspiré/expiré en respiration calme (500-600 mL chez l'adulte).

• CRF (Capacité résiduelle fonctionnelle) : Volume d'air restant après une expiration calme.

• VR (Volume résiduel) : Volume d'air restant après une expiration maximale.

• CV (Capacité vitale) : Plus grand volume d'air pouvant être inspiré ou expiré.

• CPT (Capacité pulmonaire totale) : Quantité maximale d'air dans les poumons après une inspiration maximale (CPT = VR + CV).

V. La pompe ventilatoire

Modèle de description

Le poumon est situé dans la cavité pleurale et est relié à l'extérieur par des voies aériennes. Trois sections sont distinguables :

• Section extrathoracique (1) : soumise à la pression atmosphérique.

• Section intrapleurale (2) : soumise à la pression pleurale.

• Section intrapulmonaire (3) : soumise à la pression alvéolaire.

Pressions

Deux types de pressions se définissent :

• Pression transpulmonaire (Ptp) : Détermine le volume du poumon. Ptp = Pression alvéolaire - Pression pleurale

• Pression transpariétale (Ptw) : Différence de pression de part et d'autre de la paroi. Ptw = Pression pleurale - Pression atmosphérique

Compliance

La compliance est la relation entre la variation de volume d'une structure et la pression qui l'entoure. Elle est égale à la pente de la droite Volume/Pression : Compliance = ΔV / ΔP.

• Compliance pulmonaire : Une Ptp positive (Pression alvéolaire > Pression pleurale) est nécessaire pour augmenter le volume des poumons (du VR à la CPT). Si Ptp diminue, le poumon se dégonfle.

• Compliance pariétale : La Ptw est majoritairement négative (Pression pleurale < Pression atmosphérique). Le point d'équilibre (Ptw = 0 cmH2O) est à un volume supérieur à la CRF. La paroi thoracique tend à augmenter le volume pulmonaire.

• Compliance thoraco-pulmonaire : Le système respiratoire est le couplage mécanique du poumon et de la paroi thoracique. Sa courbe de compliance est la somme des courbes pulmonaire et pariétale. Le volume de relaxation correspond à la CRF.

Cas du pneumothorax

L'ouverture de la cavité pleurale entraîne :

• Remplissage de la cavité pleurale par de l'air, augmentant son volume.

• Pression pleurale égale à la pression atmosphérique.

• Pression transpariétale augmentée, augmentant le volume de la cage thoracique.

• Pression transpulmonaire diminuée, provoquant la rétraction du poumon.

VI. Calibre et résistance des voies aériennes au cours du cycle ventilatoire

Le calibre des voies aériennes dépend de l'activité du muscle lisse bronchique et des propriétés élastiques. Leur volume est déterminé par la compliance et la pression transmurale (Ptm = Pintérieur - Pextérieur).

• Si Ptm positive (Pintérieur > Pextérieur), le calibre des voies aériennes augmente.

• Si Ptm négative (Pintérieur < Pextérieur), le calibre des voies aériennes diminue.

La Ptm est fonction de la localisation :

• Extrathoracique : Ptm = PVA - Patm

• Intrapleurale : Ptm = PVA - Ppl

• Intrapulmonaire : Ptm = PVA - Palv

Cycle ventilatoire : inspiration

• Inspiration en ventilation courante : Contraction des muscles inspiratoires (diaphragme principalement, et accessoires comme le sterno-cléido-mastoïdien, les scalènes et intercostaux externes) -> Ppl diminue (Ppl < Patm) -> couplage mécanique entraîne diminution de Palv (Palv < Patm) -> flux inspiratoire. Le calibre des voies extrathoraciques diminue, tandis que celui des voies intrapleurales et intrapulmonaires augmente.

• Inspiration en ventilation forcée : Contraction maximale des muscles inspiratoires pour atteindre la CPT, équilibre entre la pression musculaire et la rétraction élastique pulmonaire et pariétale.

Cycle ventilatoire : expiration

• Expiration en ventilation courante (passive) : Relâchement de la musculature inspiratoire. Le moteur est la force de rétraction élastique pulmonaire, tendant vers la CRF. La pression alvéolaire devient supérieure à la pression atmosphérique (Palv > Patm), créant un flux expiratoire. Le calibre des voies extrathoraciques et intrapleurales augmente ou est maintenu, tandis que celui des voies intrapulmonaires diminue.

• Expiration en ventilation forcée (active) : Contraction des muscles expiratoires (intercostaux internes, abdominaux, grand dorsal, carré des lombes) pour atteindre le volume résiduel. Cela entraîne une élévation importante de la Ppl et de la Palv (Palv >> Patm), créant un gradient de pression plus important. Le calibre des voies extrathoraciques augmente, mais subit une grande diminution dans les sections intrapleurales et intrapulmonaires.

VII. Rapports ventilation/perfusion (VA/Q)

La composition du gaz alvéolaire dépend de la composition du gaz inspiré et des échanges gazeux alvéolo-capillaires. Le rapport VA/Q détermine la composition du gaz alvéolaire.

• Si perfusion >>> ventilation, les pressions alvéolaires (PAO2 et PACO2) sont proches des pressions veineuses.

• Si ventilation >>> perfusion, la composition du gaz alvéolaire est proche de celle de l'air inhalé.

Effet espace mort ou espace mort alvéolaire

L'effet espace mort décrit des alvéoles ventilées mais non perfusées, sans échange gazeux avec le capillaire. Le rapport VA/Q est alors élevé.

Espace mort physiologique

Espace mort physiologique (VD) = Espace mort anatomique + Espace mort alvéolaire

• Espace mort anatomique (Vdana) : Une partie du volume courant (Vt) renouvelle l'air des voies aériennes sans atteindre les alvéoles. Cette fraction ne participe pas aux échanges gazeux.

• La fraction d'air inhalée qui ventile les territoires alvéolaires correspond à la ventilation alvéolaire (VA), seule participante aux échanges gazeux.

Donc : Vt = Vdana + VA

Les shunts

Un shunt est une déviation de la circulation sanguine, résultant en un mélange de sang artériel et veineux.

• Shunt vrai : Cause par une circulation sans contact avec le gaz alvéolaire ou une alvéole non ventilée. Le rapport VA/Q = 0. Le sang veineux passe dans la circulation systémique artérielle, pouvant entraîner une hypoxémie (diminution de la pression partielle en O2 dans le sang). Le shunt vrai est physiologiquement à 2% du débit cardiaque.