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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