PHYSIOLOGIE DE LA RESPIRATION

I - LA RESPIRATION.

Ä La ventilation.

C'est un processus qui va permettre les échanges gazeux entre l'air et les alvéoles pulmonaires. La réserve d'oxygène dans les poumons est à peine suffisante pour couvrir les besoins de l'organisme pendant deux minutes. Au bout de deux minutes, on va avoir des lésions plus ou moins importantes de certains organes et surtout au cerveau. Il faut renouveler l'air en permanence contenu dans les poumons. Cette fonction de ventilation doit se faire sans arrêt tout au long de la vie, elle est vitale. La fonction de ventilation est dite automatique. Elle est sous la dépendance de cellules nerveuses appelées centres respiratoires.

F Les centres respiratoires.

Ils sont situés au niveau du bulbe rachidien et de la protubérance annulaire. On distingue les centres inspiratoires et les centres expiratoires. Ces deux centres sont sous la dépendance d'un système régulateur. Les cellules des centres inspiratoires ont une activité rythmique et adresse régulièrement des incitations motrices aux nerfs des muscles inspiratoires. Ces cellules sont aussi sous la dépendance de différents facteurs qui contrôlent, régularisent et adoptent l'activité des centres. Facteurs: émotions, vomissements, volonté, hyperthermie, effort.

F Les voies nerveuses.

ü Les voies afférentes. Ce sont des voies qui partent du poumon et vont vers les centres bulbaires. Il y a trois voies afférentes.

w Les voies d'origine pulmonaire. Il y a le nerf pneumogastrique (10^eme paire de nerf crânien). Ces voies transmettent les messages du poumon qui sont captés par des récepteurs périphériques (mécanorécepteur) aux centres bulbaires.

w Les nerfs de Héring et Cyon. Ils transmettent des informations d'origine chimique. On les appelle chémorécepteurs. Comme ils donnent un petit peu d'informations sur les tensions et les pressions. On les appelle aussi baro-recepteurs.

ü Les voies efférentes. Elles vont du cerveau aux poumons. Leur rôle c'est d'agir sur les muscles lisses des bronches et sur les muscles respiratoires.

F La mécanique.

Il y a deux éléments importants : les muscles et la cage thoracique. La ventilation se fait grâce à l'augmentation et à la diminution du volume de la cage thoracique qui permet l'introduction et le rejet de l'air par différences de pressions (pour que l'air puisse entrer jusqu'aux alvéoles pulmonaires, il faut que la pression qui règne à l'intérieur des poumons devienne plus basse que la pression de l'atmosphère). Un adulte a en moyenne 16 mouvements ventilatoires par minutes. L'air inhalé qui arrive aux alvéoles est appelé alvéolaire. Il n'a plus la même composition que l'air ambiant.

ü Composition de l'air ambiant.

Oxygène: 21 %.

Azote: Environ 79 %.

Dioxyde de carbone : des traces.

ü Air alvéolaire.

Oxygène: 14 %.

Azote: environ 79 %.

Dioxyde de carbone : 5 à 6 %.

Le sang des capillaires alvéolaires n'est jamais en contact avec l'air ambiant mais il est en contact avec l'air alvéolaire. En ventilation calme, l'augmentation du volume de la cage thoracique est relativement petite. L'air qui va pénétrer dans les fosses nasales représente 400 ml Sur les 400 ml, seulement 250 ml arrivent aux alvéoles. Cette différence entre l'air inhalé et l'air alvéolaire représente l'espace mort (ce que l'on perd en route). La contenance d'air dans les deux poumons à la fin de l'expiration est égale à 3.000 ml.

La respiration remplit trois fonctions.

Ä Apporter de l'oxygène à l'organisme.

Ä Rejeter les déchets en l'occurrence le dioxyde de carbone.

Ä Participer à la régulation du PH sanguin.

Définition.

Le phénomène d'hématose, c'est un phénomène respiratoire permettant au sang de se décharger du dioxyde de carbone et de se charger en oxygène. Le PH sanguin varie de 7,35 à 7,40 pour le sang artériel. La vie n'est possible qu'avec un PH de 7 à 7,8.

II - LES DIFFERENTS GAZ ET D'OU ILS PROVIENNENT.

Ä L'oxygène.

F De l'air inspiré, inhalé.

Ä Le dioxyde de carbone.

F Il provient des aliments ingérés qui contiennent du carbone et de l'hydrogène. Ce carbone et cet hydrogène produisent dans l'organisme de la chaleur et de l'énergie. Ce processus se fait en plusieurs stades, de l'ingestion jusqu'à la transformation des aliments pour les cellules. Ce phénomène de transformations successives, c'est le métabolisme. Le résultat final est tel que les atomes de carbones des aliments vont se combiner à l'oxygène de l'air inhalé pour former du dioxyde de carbone.

C + O₂ à CO₂ + Chaleur + Energie

Parallèlement l'hydrogène se combine à l'oxygène de l'air inspiré. Cela va produire également chaleur et énergie.

H + O₂ à H₂O + Chaleur + Energie

Toute l'eau n'est pas éliminée par les urines mais uniquement l'excès.

III - GENERALITE SUR LE TRANSPORT DES GAZ.

Ä Echanges gazeux au niveau pulmonaire.

Quand on parle d'échanges gazeux, il faut prendre en compte les notions de pression et de quantité pour parler de transport des gaz.

ü La pression.

C'est la force motrice qui fait passer un gaz d'une région à une autre. Les gaz se déplacent toujours d'une région à haute pression vers une région à basse pression. Exemple: l'oxygène dans les poumons va passer de l'air alvéolaire dans les capillaires pulmonaires car la pression d'oxygène qui règne dans les alvéoles est plus forte que celle qui règne dans les capillaires pulmonaires.

ü L'oxygène.

w Les milieux en présence.

- L'air alvéolaire qui contient de l'oxygène à la pression de 105 mm de mercure (105 mm hg).

- Le sang veineux contient de l'oxygène à une pression égale à 40 mm de mercure (40 mm hg).

w Le passage.

- Le passage de l'oxygène va être réglé par la différence de pression (65 mm hg). Pour une différence d'un mm de mercure, il passe 25 ml d'oxygène à la minute. A la sortie des poumons le sang contient de l'oxygène à la pression de 100 mm hg.

ü Le dioxyde de carbone.

w Les milieux en présence.

- L'air alvéolaire : on retrouve du dioxyde de carbone à la pression de 40 mm hg.

- Le sang veineux : le dioxyde de carbone = 46 mm hg.

- On a une différence de 6 mm hg.

w Le passage du dioxyde de carbone va être réglé par la différence de pression qui passe du sang veineux à l'air alvéolaire. Pour une différence de pression de 1 mm hg, il va passer 500 ml de dioxyde de carbone à la minute. Le dioxyde de carbone diffuse 20 fois plus. Il passe donc 3.000 ml de dioxyde de carbone à la minute (46 mm hg - 40 mm hg = 6 mm hg ; 500 ml x 6 mm hg = 3.000 ml). A la sortie du poumon, le sang ne contient plus que 40 mm hg.

Ä Le transport des gaz.

F L'oxygène.

97% de l'oxygène qui est transporté est fixé sur l'hémoglobine des globules rouges donnant un composant appelé oxyhémoglobine.

O₂ + Hb « HbO₂

C'est un composé très instable. L'hémoglobine contient du fer car l'oxygène à une grande affinité avec le fer. Pour 1g d'hémoglobine, on a une fixation de 1,35 ml d'oxygène. Comme on a 14 g d'hémoglobine dans le sang, on aura environ 20 ml d'oxygène. La saturation d'hémoglobine en oxygène est égale à 97 %. Les 3% qui restent repartent dans la circulation pour être éliminé. Ils vont être transportés, dissous dans le plasma.

F Le dioxyde de carbone.

ü Il est transporté sous trois formes.

w 5% transportés sous forme dissoute dans le plasma.

w 25% du dioxyde de carbone transporté est la forme liée à l'hémoglobine.

Hb + CO₂ « Hb₂O

C'est un composé instable.

w 70% do dioxyde de carbone est la forme liée au bicarbonate.

A l'intérieur des hématies, le dioxyde de carbone va se transformer sous l'influence d'un enzyme (l'anhydrase carbonique) en donnant un élément qui est l'acide carbonique qui va se combiner au sodium et au potassium pour former du bicarbonate (de sodium ou de potassium). Le bicarbonate de sodium, c'est la forme essentielle de transport. Il va diffuser dans le plasma et va contribuer à l'équilibre acide / base. Le bicarbonate de potassium est transporté par les globules rouges.

Ä Les échanges gazeux au niveau cellulaire.

Au niveau de la cellule, l'oxygène se dissocie de l'hémoglobine. L'hémoglobine reste au niveau des vaisseaux et l'oxygène pénètre au niveau cellulaire. Pour le dioxyde de carbone, il était à l'intérieur de la cellule. Il sort de la cellule et véhicule sous l'une des trois formes citées tout à l'heure. Son but étant d'arriver au niveau de l'alvéole et de sortir par l'air expiré.

IV - LES VOLUMES RESPIRATOIRES.

Ils vont être mesurés grâce à un appareil : le spirographe (épreuve de spirographie). L'appareil est constitué d'une cloche mobile qui repose sur une cuve remplie d'eau. Elle est en équilibre grâce à un contrepoids relié à un stylet, lequel va servir à inscrire, sur un papier qui défile à vitesse constante, les volumes enregistrés. Il y a deux circuits :

F Un circuit inspiratoire.

F Un circuit expiratoire.

Ils sont indépendants l'un de l'autre. Le circuit expiratoire contient un récipient remplit de chaux sodée qui va retenir le dioxyde de carbone. Les épreuves se font loin des repas pour le confort des patients.

Ä Les différents volumes.

F Le volume de base est le volume courant (VC). Il correspond au volume d'air que l'on déplace à chaque fois que l'on fait un mouvement respiratoire. Il est d'environ 500 ml.

F Le volume de réserve inspiratoire (VRI). C'est un volume d'air qu'un sujet peut encore inspirer après une inspiration normale. Il est égal à environ 2.000 ml.

F Le volume de réserve expiratoire (VRE) est égal à environ 1.500 ml.

F Le volume résiduel (VR) est égal à environ 1.55 ml. C'est le volume d'air qui reste dans les voies aériennes après une expiration forcée.

F Le volume d'air total peu être mis en jeu au court d'une inspiration forcée suivie d'une expiration forcée.

CVitale = VC + VRI + VRE = 4.000 ml.

CTotale = VC + VRI + VRE + VR = 5.500 ml.

Ä Les épreuves dynamiques.

F La mesure du débit ventilatoire à la minute. On prend le nombre de mouvements respiratoires à la minute multipliés par le volume courant.

16 x VC = 8 litres par minute.

F La mesure du débit ventilatoire maximal, c'est le volume de la ventilation par minute d'un individu effectuant des mouvements inspiratoires et expiratoires d'amplitude maximale et ceci le plus rapidement possible. Le résultat est d'environ 100 ml à la minute.

F La mesure du volume expiratoire maximal par seconde (VEMS).

ü Chez la femme : 2 à 3 litres par seconde.

ü Chez l'homme : 3 à 4 litres par seconde.

Le VEMS représente 80% de la capacité vitale.

F Le coefficient de Tiffeneau : c'est le rapport entre le VEMS et la capacité vitale. Ce rapport devrait être égal à 80%.

V - LE CONTROLE DE LA RESPIRATION.

Maintien des taux constants de dioxyde de carbone et d'oxygène dans l'organisme. Cet appareil pulmonaire est très sensible au changement des taux des deux gaz concernés, surtout celui du dioxyde de carbone. La pression normale du dioxyde de carbone est égale à 40 mm hg. S'il y a une élévation de ce taux, il y a une hypercapnie. Dans ce cas, la région chimio sensible sont les centres respiratoires et les chémo récepteurs. Ces deux éléments sont stimulés entraînant l'activation des centres respiratoires qui vont répondre en augmentant la fréquence respiratoire. On est en hyper ventilation, ce qui va faire descendre le taux de dioxyde de carbone jusqu'à la normale, c'est à dire au moment où la PaCO₂ = 40 mm hg.

La PaO₂ = 100 mm hg.

F En cas de chute de la PaO₂ jusqu'à 50 mm hg, il y a stimulation des chémo récepteurs, lesquels envoient des influx aux centres respiratoires qui vont augmenter la fréquence, mettre la personne en hyper ventilation.

F En cas de chute en dessous de 50 mm hg, les cellules cérébrales ne sont plus assez oxygénées pour agir. Elles envoient donc moins d'influx. Les muscles petit à petit s'arrêtent de fonctionner. Donc plus d'influx, arrêt des fonctions, il n'y a pas de réanimation à la mort.

Ä Les gaz du sang artériel normaux.

F On dose le PH = 7,40.

F On dose la PaO2 = 100 mm hg.

F On dose la PaCO2 = 40 mm hg.

F On dose la saturation de l'hémoglobine en oxygène = 97% et les bicarbonates ou réserve alcaline = 27 meq (milli équivalent).