Généralités anatomo-physiologique du système respiratoire

GÉNÉRALITÉS ANATOMO-PHYSIOLOGIQUE DU

SYSTÈME RESPIRATOIRE

Marie Poulain MKDE CHU Amiens-Picardie, Service Réanimation IFSI Amiens, Semestre 1, UE 2.2 Cycles de la vie et grandes fonction Novembre 2019

PLAN DU COURS

I. Anatomie du système respiratoire

II. Physiologie du système respiratoire : la ventilation

III. Physiologie du système respiratoire : l’hématose

IV. Contrôle de la respiration

V. Rapport ventilation-perfusion

OBJECTIFS DU COURS

Identifier et comprendre les notions anatomiques et physiologiques permettant la compréhension des processus pathologiques :

Structure de l’arbre bronchique

Volumes mobilisables au cours de la ventilation

Action musculaire du diaphragme

Hémostase

Régulation centrale de la respiration

Rapport ventilation-perfusion

Savoir adapter le positionnement du patient pour améliorer sa respiration

INTRODUCTION

Fonction respiratoire = fonction vitale chez l’être humain

Si absence de ventilation et d’hématose > 3min => Atteintes graves

LE SYSTÈME RESPIRATOIRE

Plusieurs structures :

- Voies aériennes supérieures

- Voies aériennes inférieures

Rôles du système respiratoire :

- L’oxygénation tissulaire

- L’élimination du CO2

- Maintien du pH sanguin à une valeur

normale

GÉNÉRALITÉS

Ventilation pulmonaire

Echanges gazeux sanguins pulmonaire (Hématose)

Respiration cellulaire

LES ETAPES DE LA RESPIRATION

Echanges gazeux sanguins tissulaire

Transport des gaz (grande circulation)

CAS CLINIQUE

Vous travaillez en tant qu’infirmier dans un service de médecine et vous prenez en charge M. Antoine, 72 ans, hospitalisé depuis 3 jours pour suivi d’une pathologie respiratoire chronique.

En faisant votre tour du matin à 8h, vous allez voir M. Antoine, il est descendu au fond de son lit. Vous remarquez que ses sterno-cléido-mastoïdiens apparaissent à chaque inspiration. En prenant ses constantes, vous retrouvez une saturation à 88% d’O2 et une fréquence respiratoire de 22 cycles/min. Il présente également une agitation importante. Il dit « ne plus pouvoir respirer » et « qu’il va mourir ». Vous remarquez un soulèvement anormal du ventre lors de l’expiration.

Vous alertez vos collègues infirmiers et le médecin.

Le médecin vous demande de réaliser un gaz du sang. Quand vous recevez les résultats, le pH est à 7,32 ; la PaO2 est à 78 mmHg ; la PaCO2 est à 50 mmHg.

I. ANATOMIE DU SYSTÈME RESPIRATOIRE

I.1 ORGANISATION ANATOMIQUE Parcours aérien qui suit une progression depuis les voies aériennes supérieures vers l’arbre trachéo-bronchique

SQUELETTE DU THORAX

D’arrière en avant : 12 vertèbres thoraciques

12 paires de côtes avec les cartilages costaux

Sternum

STERNUM

Os plat

Oblique vers le bas et l’avant

3 segments : Manubrium

Corps

Processus xyphoïde

PAROI THORACIQUE Protection des poumons :

• Côtes

•Double feuillet protecteur : la plèvre qui solidarise les poumons à la cage thoracique et au diaphragme

Biomécanique ventilatoire : les articulations des côtes avec les vertèbres d’une part et le sternum d’autre part permettent la mobilité thoracique spécifique à la respiration : Modification des différents diamètres du

thorax : vertical ; antéropostérieur ; transversal

C’est la longueur des côtes qui permet d’amplifier les mouvements vers l’avant Fractures costales => Dysfonction

ventilatoire

LES PLÈVRES Atteinte pleurale => Dysfonction ventilatoire

STRUCTURE PULMONAIRE

Poumon Gauche Poumon Droit

Lobe supérieur 5 3

Lobe moyen 2

Lobe inférieur 4 5

2 Lobes

9 Segments

3 Lobes

10 Segments

LE MÉDIASTIN Partie du thorax en forme de sablier comprise entre : Latéralement : les plèvres

En avant : le sternum

En arrière : la colonne vertébrale

En bas : le diaphragme

I.2 LES VOIES AÉRIENNES SUPÉRIEURES

LE NEZ

Partie interne du nez : fosses nasales

3 fonctions :

•Réchauffement,

•Epuration

•Humidification de l'air

LE PHARYNX

Carrefour aéro-digestif, fait le lien entre :

•Les fosses nasales

•La bouche

•L’œsophage

•Le larynx

3 parties :

•Nasopharynx (en arrière du nez) ou rhinopharynx : exclusivement respiratoire

•Oropharynx (en arrière de la bouche)

•Laryngopharynx conduit au larynx et à l’œsophage

Trouble de la déglutition

LE LARYNX

Assure le lien entre le pharynx et la trachée

Protection des VAI lors de la déglutition

Phonation

Trouble de la déglutition

I.3 LES VOIES AÉRIENNES INFÉRIEURES

Type de flux différent selon le niveau dans les VAI

ARBRE TRACHÉO-BRONCHIQUE Chaque poumon compte environ 150 millions d’alvéoles

Surface d’environ 140m² pour les échanges gazeux

BRONCHES SOUCHES

Bronche souche droite : Plus courte

Plus verticale (30° inclinaison)

Bronche souche gauche : 60° inclinaison

Pneumopathie d’inhalation préférentiellement à Droite

STRUCTURE BRONCHES ET BRONCHIOLES Structure grosse bronche : Cartilage (maintien ouverte)

Muscle lisse

Bordure muqueuse ciliée (piège les particules du mucus, réchauffe et humidifie l’air)

Structure bronchiole : Cartilage disparaît

Musculeuse : proportion plus importante de muscle lisse

Muqueuse : perd ses cils et sa capacité à produire du mucus => transport muco-ciliaire aboli

Spasticité bronchique (lié à la présence du muscle lisse) - Bronchiolite - BPCO

LES ALVÉOLES PULMONAIRES

Structure de base du poumon

Siège des échanges gazeux

Atélectasie empêche l’hématose : zone perfusée mais non ventilée

I.4 VASCULARISATION NUTRITIVE DES POUMONS Apport au tissu pulmonaire les éléments nécessaires à sa fonction

Artères bronchiques : Naissent de l’aorte et des artères intercostales

Suivent l’arbre bronchique jusqu’aux bronchioles respiratoires

Embolie pulmonaire => Infarctus pulmonaire

I.5 LA CIRCULATION PULMONAIRE : VASCULARISATION FONCTIONNELLE

LA ZONE D’ÉCHANGE, LA BARRIÈRE ALVÉOLO-CAPILLAIRE

LA BARRIÈRE ALVÉOLO-CAPILLAIRE

Proximité intime de l’épithélium alvéolaire et de l’endothélium : séparation par une membrane basale unique

Facilite les échanges gazeux : captation de l’O2 alvéolaire et élimination du CO2 sanguin

Peut intervenir dans la diffusion d’autres substances volatiles : eau, alcool, solvants, gaz anesthésiques ou toxiques, fumée de cigarettes

II. PHYSIOLOGIE DU SYSTÈME RESPIRATOIRE :

LA VENTILATION

II.1 LA MÉCANIQUE VENTILATOIRE

2 Phases :

• Inspiration

•Expiration

Mouvement permis par le diaphragme => Muscle principal respiratoire

II.2 LES MUSCLES RESPIRATOIRES

Diaphragme

Muscles respiratoires accessoires

LE DIAPHRAGME

Cloison musculo-aponévrotique qui sépare le thorax de l’abdomen

Forme de double coupole ; au centre: le centre phrénique

Insertions : face postérieures des 6 derniers arcs costaux, pilier droit et gauche au niveau lombaire

Muscle principal de la respiration

BIOMÉCANIQUE DU DIAPHRAGME

Contraction du diaphragme à l’inspiration.

2 temps de contractions du diaphragme :

Phase 1 : Descente des coupoles.

Phase 2 : Ecartement des côtes.

Expiration : temps de relâchement du diaphragme.

PHYSIOPATHOLOGIE DU DIAPHRAGME

Dysfonction diaphragmatique : Diminution Vt Augmentation FR

MUSCLES ACCESSOIRES DE LA RESPIRATION Muscles inspiratoires accessoires :

•Intercostaux

•Sterno-cléido-mastoïdien

•Scalènes

Muscles expiratoires :

•Mis en jeu uniquement à l’expiration forcée : abdominaux, intercostaux

Signes de tirage

PRINCIPE DE LA MÉCANIQUE VENTILATOIRE Processus mécanique qui conduit à l’inspiration et à l’expiration : Repose sur la contraction des muscles respiratoires

Variations de volume => Variations de pression => Mouvement gazeux (entrée et sortie)

Différence de pression (gradient) entre la cavité thoracique (Palv) et la pression atmosphérique (Patm) : Inspiration : Palv < Patm

Expiration : Palv > Patm

SYSTÈME PULMONAIRE AU REPOS

INSPIRATION

EXPIRATION

POINT D’ÉGALE PRESSION

Action de la résistance des voies aériennes : Pression endobronchique diminue progressivement entre le poumon et la bouche

Pression péribronchique reste égale en tout point du système

=> point d’égale pression où les pressions à l’intérieur et à l’extérieur de la bronche sont identiques

=> en aval de ce point (vers la bouche), le segment bronchique a tendance à se collaber

Attention en cas d’obstruction bronchique : Point d’égale Pression va se déplacer vers l’amont (les VAI) => zone plus importante de l’arbre bronchique sera comprimée

II.4 CARACTÉRISTIQUES DE LA VENTILATION Fréquence respiratoire : Adulte : 12 à 15 cycles/min

Enfant : environ 25 cycles/min

Nourrisson : environ 45 cycles/min

Volumes et capacité pulmonaire : Les volumes peuvent être mesuré par les Explorations Fonctionnelles Respiratoires (utilisation d’un spiromètre)

Tachypnée / Bradypnée / Dyspnée

Syndrome Obstructif Syndrome Restrictif

II.5 VOLUMÉTRIE

Au repos (respiration calme), un certain volume est inspiré puis expiré = Volume Courant (VC) ≈ 0,5 L

Respiration forcée, on peut mobiliser un volume supplémentaire = Volume de Réserve (inspiratoire et expiratoire)

A la fin d’une expiration maximale, il reste encore de l’air dans les poumons: volume résiduel (VR)(≈ 1200 mL)

LA SPIROMÉTRIE

Volumes mesurés au cours de manœuvre respiratoire lente

CAPACITÉS RESPIRATOIRES

Capacité vitale: VT+VRI+VRE (tout l’air mobilisé, mesurable): 3.5 a 4L

Capacité pulmonaire totale (Capacité vitale + Volume résiduel): 5 a 5.5L

CRF: capacité résiduelle fonctionnelle (volume pulmonaire de repos, mesure indirecte).

COURBE DÉBIT/VOLUME

Volumes dynamiques : manœuvres d’inspiration et d’expiration forcées CVF : Capacité Vitale Forcée

Normalement identique à la CV (si diminué : collapsus des VAI)

VEMS : Volume Expiratoire Maximal Expiré à la 1ère Seconde

Indice de Tiffeneau : VEMS/CVF

Indice diminué = trouble obstructif

SYNDROME RESTRICTIF

Forme normale mais rétrécie

Volume pulmonaire diminué

Scoliose Opération pulmonaire…

SYNDROME OBSTRUCTIF

Effondrement des débits distaux sur la courbe

Petites bronches partiellement obstruées (raisons pathologiques)

Tiffeneau < 70% = Syndrome obstructif

BPCO

III. PHYSIOLOGIE DU SYSTÈME RESPIRATOIRE :

L’HÉMATOSE

SCHÉMA GÉNÉRAL

2 niveaux d’échanges gazeux : Respiration alvéolaire

Respiration cellulaire

DIFFUSION SELON UN GRADIENT DE PRESSION

EQUILIBRE ACIDO-BASIQUE ET GAZ DU SANG Permet de mesurer l’acidité, les niveaux d’O2 et de CO2

=> évalue la fonction d’hématose du poumon

NORMES :

PaCO2 : 35-45 mmHg

pH : 7,35-7,45

PaO2 : 80-100 mmHg

HYPOVENTILATION ALVÉOLAIRE

TRANSPORT DES GAZ DANS LE SANG Transport O2 : poumons -> tissus

Transport CO2 : tissus -> poumons

Fixation de manière réversible dans le sang : O2 -> Dans les globules rouges, combiné à l’hémoglobine (98,5%)

CO2 -> Dissous dans le plasma + combiné à l’hémoglobine (23%)

IV. CONTRÔLE DE LA RESPIRATION

CONTRÔLE CENTRAL

Activité des muscles respiratoires sous le contrôle des centres nerveux

Arc réflexe modulation volontaire possible

CENTRES NERVEUX

Centres respiratoires du tronc cérébral (SNC) : Bulbe rachidien : rythme spontané -> 12 à 15 cycles/min = Eupnée (FR de repos)

Pont : modulation FR et amplitude respiratoire

Envoi des influx nerveux aux muscles inspiratoires via nerfs phréniques et intercostaux

RÉGULATION DE LA RESPIRATION

Adaptation permanente

2 types de récepteurs : Mécanorécepteurs : nombreux et variés

À l’étirement (dans les poumons) -> protection lors d’une distension trop importante, arrêt influx inspiratoires => expiration

Musculaires (intercostaux, diaphragme)

Chimiorécepteurs

Artères (carotide, aorte) : O2

Centres respiratoires du bulbe : CO2, pH

MODULATION

Si ↑ CO2 (et ↓pH sang) => ↑ ventilation => ↑ rejet CO2 => retour à l’équilibre pH

Si activité physique : ↑ ventilation = hyperpnée = ↑ FR et ↑ ventilation

Si ↓ O2 sang => stimulation chimiorécepteurs => influx sensitifs au centre bulbaire => ↑ ventilation => ↑ O2 sang pour rétablir équilibre

V. RAPPORT VENTILATION-PERFUSION

ET EN PRATIQUE ?

Mieux positionner son patient pour l’aider à respirer Traitement des SDRA en DV Position assise +++ Positionnement en DL en cas d’atélectasie

MERCI DE VOTRE ATTENTION