Cours n 2 D. MAILLARD Circulation pulmonaire échanges …...Exercice Très anormale Anormale PaO 2...
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Physiologie Respiratoire
Cours n° 2 – D. MAILLARD
• Circulation pulmonaire
• Physiologie et physiopathologie des échanges gazeux
Circulation Pulmonaire
VGOGVP
PoumonsCirculationSystémique
OD
VCSVCI
VDAP
Coeur Gauche
Coeur Droit
Aorte
Part PCP Pv
PA
PA
Artériole
Alvéole
Veinule
Capillaire
Perfusion pulmonaire intra et extra
alvéolaire - Hémodynamique
ODVD
AP
PA > Part > Pv
Part > PA > Pv
Part > Pv > PA
I
II
III
IV
I
II
III
IV
Débit
OG
VG
VP
Part = PAP - gh
Pv = POG - gh
Part = PAP + gh Pv = POG + gh
Résistances Vasculaires Pulmonaires
Pression Artérielle Pulmonaire Moyenne - Pression Moyenne de l'Oreillette Gauche (mmHg)
Débit Cardiaque (L/min)
12 - 6
5=
PAP - PCP
QC= 1,2 mmHg/L/min (UR)
Résistances Vasculaires
Pulmonaires (cm H2O/L/min)
Pression (cm H2O)
10 20 30 40
0
100
200
300
Pression
Artérielle
Pression
Veineuse
Recrutement
Distension
Facteurs modifiant les résistances vasculaires pulmonaires
PA > Part > Pv
Part > PA > Pv
Part > Pv > PA
I
II
III
IV
Débit
Pression
Pression de Distension
et de Recrutement Maximum
III
I, II, IV
Résistances Vasculaires
Pulmonaires (cm H2O/L/min)
Volume Pulmonaire (mL)
120
50 100 150 200
60
80
100
CRF
CRF CPT
TotalesAlvéolaires
Extra-alvéolaires
VR
Résistances Vasculaires
Pulmonaires
Volume Pulmonaire
Facteurs modifiant les résistances vasculaires pulmonaires
Augmentation des Résistances
Vasculaires Pulmonaires (%)
0
Pression Partielle en Oxygène Alvéolaire
(mmHg)
0 25 50 75 100
600
200
400
100
300
500
pH
7,1
7,2
7,3
7,4
Facteurs modifiant les résistances vasculaires pulmonaires
Vasomotricité des Artérioles Pulmonaires
Substances CirculantesAcétylcholine
Prostaglandine E
Bradykinine
Substances CirculantesCatécholamines
Prostaglandine F
Angiotensine II
Histamine
PAO2
pH
PAPO2
Facteurs modifiant les résistances vasculaires
pulmonaires
Alvéole
PCP
Veinule
Capillaire
PHyd = 10 mmHg
Artériole
= 25 mmHgPHyd = 14 mmHg = 25 mmHg
PHyd = 8 mmHg
Qf = k[(PCP - PA) - CP]
= k[(10 - 0) - 25] = - 15
Interstitium= 19 mmHg
PHyd = -3 mmHg
Lymphe
Qf = k[(PCP - PI) - (CP - ]
= k[10 - (-3) - (25 - 19)] = 7
Échanges liquidiens intra pulmonaires
Capillaire
Interstitium
Alvéole
Alvéole
Circulation
Lymphatique
Oedème Interstitiel
Oedème
Alvéolaire
Oedème Pulmonaire
Etiologies
Pcap
Lésion
Physiologie et physiopathologie
des échanges gazeux
- La ventilation alvéolaire
- La diffusion alvéolo-capillaire
- Le court-circuit droit-gauche
- Les anomalies de distribution des
rapports VA/QC. .
La ventilation alvéolaire
Sang CapillairePulmonaire
70 ml
Débit sanguinPulmonaire
5000 ml/min
Volume courant500ml
Espace mortAnatomique
150ml
Gaz alvéolaire3000ml
Fréquence respiratoire 15/min
Ventilation totale 7500 ml/min
Ventilation alvéolaire5250 ml/min
Trachée1ère génération
bronchioles terminales
bronchioles respiratoires
alvéoles
Zone de conduction
Zone des échanges Gazeux
(espace alvéolaire)
(espace mort anatomique)
Espace mort anatomique VD
• Ne participe pas aux échanges gazeux
• Zone de conduction : environ 150 ml (2ml/kg)
• Rôle +++– Réchauffer et humidifier l'air inspiré– Epurer l'air inspiré des grosses particules
• En série entre la bouche et les alvéoles
• Altère l'efficacité de la ventilation– Une fraction de l'air inspiré ne parvient pas aux alvéoles
Espace Mort (VD)
VD physiologique = VD anatomique + VD alvéolaire
Zones ventilées mais non perfusées = pas d’échanges gazeux
TrachéeBronches
Bronchioles terminales
Alvéoles ventiléesNon perfusées
Gaz Inspiré
FIO2 = 21%
FICO2 = 0%
FIN2 = 79%
PI02 = 150 mmHg
PICO2 = 0 mmHg
Gaz Alvéolaire
VA = VT - (VD • f)
VO2 = VA • (FiO2 - FAO2)
VCO2 = VA • FACO2
FAO2=14% FACO2=5,5%
PAO2 = 100 mmHg
PACO2 = 40 mmHg
••
••• •
Gaz Expiré
VT = VT • f
VO2 = VT (FiO2 - FEO2)
VCO2 = VT • FECO2
FEO2 = 17,5%
FECO2 = 3,5%
•• •
•
•
Ventilation alvéolaire VAÉquations des gaz alvéolaires
• La ventilation alvéolaire est la fraction de la ventilation totale (VE) qui parvient aux alvéoles
• Aucun échange gazeux dans le VD
• Tout le CO2 expiré provient donc du gaz alvéolaire
VCO2x 0.863
VCO2 = VA. FACO2 = VA . PACO2.K° ° °
°
°VAPACO2 =
Equation de l'air alvéolaire
PAO2 + PACO2
PaCO2
PIO2
PAN2 = cst
PH20 = 47
PA CO2 = Pa CO2
R= quotient respiratoire = VCO2/VO2 = 0,8PIO2 = 150 mmHg
En pratique clinique:
PAO2 = 140 - PaCO2
° °
PAO2 = PIO2 – PAO2/R
Hypoventilation
PAO2
PACO2
hypoxie
hypercapnie
PAO2 PACO2
Ventilation normale
PAO2 + PACO2 = constante
PAO2
PACO2hyperoxie
hypocapnieHyperventilation
Causes d'hypoventilation alvéolaire
• Dépression des centres respiratoires par des drogues
• Atteinte des centres respiratoires par tumeur, hémorragie, encéphalopathie
• Atteinte de la moelle épinière (poliomyélite)
• Atteinte des racines nerveuses des nerfs moteurs (Guillain Barré, diphtérie) de la jonction neuromusculaire (myasthénie)
• Atteinte des muscles respiratoires
• Atteinte de la cage thoracique (cyphoscoliose)
• Trouble ventilatoire obstructif, compression trachéale
• Augmentation de l'espace mort alvéolaire
L’hypoventilation alvéolaire
PaO2 = 48 mmHg
PaCO2 = 80 mmHg
pH = 7,18
HCO3- = 29,8 mmol/l
• Hypoxémie• Hypercapnie• Acidose respiratoire• DA-a O2 = 10 mmHg (5 à 15 normale)Si DA-a O2 normal = hypoventilation alvéolaire pure sans atteinte des bronches et parenchyme
PAO2 = PIO2 - 1,15 PaCO2
= (Pb-47)FIO2 - 1,15(80)
= [(760-47) 0,21] - 92
= 150 - 92 = 58 mmHg
La diffusion alvéolo-capillaire
•
DIFFUSION DES GAZ A TRAVERS LA MEMBRANE ALVEOLO CAPILLAIRE
GR
ALVEOLEALVEOLE
PAO2 100 mmHg
PACO2 40 mmHg
PVO2 40 mmHgPVCO2 45 mmHg
°V GAZ = K. ( PAO2 – PVO2) K dépend de sol, e, S, PM
O2
CO2
< 1µm
PcO2 100 mmHg
PcCO2 40 mmHg
Le transfert de gaz : loi de Fick
Vgaz = S.d (P1-P2) / E
D= S.d / E
D = Vgaz / P1-P2
.
.
0 0,750,500,250
60
20
40
100
80 Normale
PaO2 (mmHg)
Temps Capillaire (sec)
PAO2
Exercice
Très anormale
Anormale PaO2
DAaO2
0 0,750,500,250
30
10
20
50
40 Normale
PaO2 (mmHg)
Temps Capillaire (sec)
PAO2
Très anormale
Anormale
Effet de l’altitude sur la diffusion
Risque vital
PAO2 – PvO2 diminué
Vitesse de réaction Hb – O2 diminué
Temps d’équilibre Alvéole – sang capillaire allongé
Temps Capillaire (sec)
PcpCO2 (mmHg)
40
45
0,25 0,50 0,75
ExercicePACO2
0
Normale
Anormale
Diffusion capillaire – alvéole du CO2
Le CO2 a un coefficient de diffusion 20 fois plus grand que
celui de l’O2.
Hématie
O2 + Hb HbO2
∂Vc
1/DL = 1/DM + 1/DE
1/DL = 1/DM + 1/∂Vc
Alvéole
DM
O2
Détermination du transfert alvéolo-capillaire chez l’homme
DL = V(x) / PA(x) - Pcap(x)
DLCO = V(CO) / PA(CO)
DLO2 = 1,23 DLCO
.
.
Mesure du coefficient de transfert du CO par méthode
en apnée
Causes de troubles de diffusion
1. Anomalies de la barrière
– Épaississement de la paroi dans les
pathologies interstitielles (fibroses)
– Réduction de la surface d'échange
(emphysème, pneumonectomie)
2. Anomalies vasculaires
– Réduction du volume sanguin (embolie)
– Réduction de la concentration en
hémoglobine (anémie)
sSurface de diffusion
Le trouble de diffusion
Repos : Exercice :
PaO2 75 mmHg 55 mmHg
PaCO2 34 mmHg 30 mmHg
pH 7,44 7,50
HCO3- 23,1 mmol/l 23,4
DA-aO2 36 mmHg 60,5 mmHg
eDistance de diffusion
K
Perméabilité
Qc
Débit cardiaque
• Hypoxémie• DA-aO2• Aggravation avecl’exercice
• DLCO
Le court-circuit droit-gauche
CaO2CvO2 QS
QT QT
CcapO2
QT • CaO2 = QS • CvO2 + (QT - QS) • CcapO2
QS/QT = CcapO2 - CaO2 / CcapO 2 - CvO2
Causes de court circuit1. Physiologique :
– Anastomoses vraies entre les systèmes veineux et artériel intra pulmonaires
– Veines bronchiques débouchant dans les veines pulmonaires
– Veines de Thébésius drainant une partie du sang veineux myocardique dans le ventricule gauche
2. Pathologique :– Pneumonie
– Œdème pulmonaire
– Ouverture d'anastomoses intra pulmonaire (cirrhose hépatique)
Le court-circuit droit-gauche
A.A O2=100%
PaO2 50 65 mmHg
PaCO2 38 42 mmHg
pH 7,42 7,38
HCO3-
24,6 24,8
shunt D-G 50 % de Qc
• Hypoxémie• Normocapnie• Epreuve d’hyperoxie
anormale
capillaire
CO2O2
A A
capillaire
artère
PcapO2=
40 mmHg
PcapO2=
135 mmHg
PaO2=50 mmHg
C1
C2
Le court-circuit droit-gauche
150
c1
0 10050
a c2
v
Concentration en O2
Pression Partielle en Oxygène (mmHg)
c1
0 10050
ac2
v
600
Oxygénation (21 %) Oxygénation (100 %)
Les anomalies de distribution
des rapports VA/QC
. .
0 2010
0
20
40
60
80
Pression (cm H2O)
Capacité Vitale (%)100
2515 305
Base
SommetV2
V1
P1 P2
Rapport Ventilation-Perfusion: VA/Q
6
5
4
3
2
1 2 3
0,0 0,5 1,0 1,5
VA/Q
VA ou Q (L/min par Poumon)
VA Q
PO2 Alvéolaire (mmHg)
20 40 600
40
60
80
100
120
140
PCO2 Alvéolaire (mmHg)
Sommet
Base
VA/Q
La distribution des rapports ventilation/perfusion
• Physiologiquement non homogène
• En pathologie, on observe une
inhomogénéité plus grande dans tous les
troubles ventilatoires obstructifs et
restrictifs avec apparition d’ :
– Effet shunt par trouble de distribution de
la ventilation (tendance au shunt)
– Effet espace mort par trouble de
distribution de la perfusion (tendance à
l’espace mort)
0 50 100 150
PO2 (mmHg)
50
0
PCO2 (mmHg)
VA/Q
ABC
Conséquences sur les gaz du sang
base sommet
0 50 100 150
PO2 (mmHg)
50
0
PCO2 (mmHg)
VA/Q
moyen
v
Conséquences sur les gaz du sang
L’effet shunt par trouble de distribution de la ventilation (asthme)
A.A O2=100%
PaO2 70 600 mmHg
PaCO2 38 42 mmHg
pH 7,42 7,40
HCO3-
24,6 24,8 mmol/l
• Hypoxémie• Normocapnie• Epreuve d’hyperoxie
normale
A1A2
capillairecapillaire
artère
PcapO2=
50 mmHg
PcapO2=
125 mmHg
PaO2=70 mmHg
Distribution
de la ventilation
C1
C2
PA1 PA2
L’effet shunt par trouble de distribution de la ventilation
c1
0 15010050
a c2
v
Concentration en O2
Pression Partielle en Oxygène (mmHg)
Les causes d’hypoxémie
Troubles des Échanges PaO2 PaCO2 D(A - a)O2 Diagnostic
Gazeux mmHg
Hypoventilation diminuée augmentée < 10 PaCO2 augmentée
DO2 < 10
Diffusion diminuée diminuée > 10 DLCO et
Épreuve d'effort
Shunt Droite-Gauche diminuée normale ou > 10 Épreuve en
diminuée oxygène pur
Anomalies VA/Q diminuée normale ou > 10
diminuée