Ventilation pulmonaire

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La ventilation pulmonaire est l'action des poumons qui aspirent l'air ambiant (inspiration) et soufflent de l'air « vicié » (expiration). C'est ce que l'on appelle la « respiration » dans le vocabulaire courant, mais en médecine et en biologie, le terme « respiration » désigne la production d'énergie par les cellules, notamment avec l'oxygène apporté par la ventilation (voir l'article respiration cellulaire).

Sommaire

1 Modélisation de la ventilation pulmonaire
2 Mécanique respiratoire
3 Échanges gazeux
4 Capacité pulmonaire
5 Médias
6 Voir aussi

[modifier] Modélisation de la ventilation pulmonaire

On divise de façon schématique l'appareil respiratoire en voies aériennes de conduction, que sont la trachée, les bronches, et les bronchioles (de la bronche souche à la bronchiole terminale) et en secteur alvéolaire (c'est-à-dire toute partie de l'appareil respiratoire située après une bronchiole terminale : bronchioles respiratoires, canaux alvéolaires, et alvéoles).

La physiologie pulmonaire utilise de façon permanente un certain nombre de principes physiques qui sous-tendent la pratique clinique :

La résistance à l'écoulement des gaz (au niveau des voies aériennes):

$R=\frac{P_b-P_A}{V'}$ avec P_b la pression au niveau de la bouche, P_A la pression au niveau des alvéoles, et V' le débit gazeux traversant les voies aériennes.

$R=\frac{8 \cdot l}{\Pi \cdot r^4}$ avec l la longueur du tube (ici les voies aériennes), et r son rayon.

Le dernière formule est particulièrement importante puisqu'elle montre que la résistance des voies aériennes de conduction (cette règle est également valable pour la résistance vasculaire) est régulée par l'adaptation de leur rayon à la puissance quatrième : une modification minime du rayon entraîne donc une variation bien plus importante de la résistance et donc de la capacité à acheminer l'air dans les alvéoles.

La loi de Laplace (au niveau des alvéoles):

$P=\frac{4 \cdot T}{r}$ avec T la tension de surface sur les parois de l'alvéole et r leur rayon.

Pour une tension égale dans deux alvéoles de rayons différents, la pression sera donc plus importante dans la petite alvéole que dans la grande ; en conséquence, les petites alvéoles devraient se vider dans les grandes par un phénomène d'équilibrage des pressions, ce qui n'est pas le cas en pratique. Cette équation permet donc d'expliciter le rôle du surfactant, liquide qui tapisse la paroi alvéolaire et en abaisse la tension superficielle, de telle sorte que la ventilation alvéolaire soit homogène.

[modifier] Mécanique respiratoire

Cette ventilation homogène justifie par ailleurs la modélisation mono-alvéolaire qui considère le poumon comme une alvéole géante qui se gonfle et se dégonfle à chaque cycle ventilatoire. Cette représentation permet de comprendre la notion d'espace mort, qui est l'ensemble des éléments de l'arbre respiratoire emplis d'air mais ne participant pas activement aux échanges gazeux air/sang :

Anatomiquement, il s'agit des voies aériennes supérieures de conduction, soit 150mL environ chez l'adulte.
Mais physiologiquement, il regroupe en plus l'ensemble des espaces d'échanges gazeux qui n'assurent pas leur fonction par absence de perfusion.

On note ce dernier volume V_D.

Le mouvement ventilatoire spontané se fait par des muscles qui soulèvent la cage thoracique, l'augmentation de volume des poumons provoque une dépression qui aspire l'air (on parle de ventilation en pression négative) ; lors de l'inspiration, le diaphragme s'abaisse et pousse les viscères pour permettre aux poumons de se développer vers les pieds (d'ailleurs, lorsqu'une personne dort, on voit son ventre se lever et se baisser). L'expiration est passive, c'est l'élasticité naturelle de la cage thoracique et le poids des viscères qui fait diminuer le volume des poumons.

La ventilation s'effectue dans la cavité thoracique grâce aux unités fonctionnelles respiratoires, aux voies aériennes, ainsi qu'aux plèvres.

Plusieurs acini reliés par les canaux alvéolaires forment le lobule pulmonaire, les échanges de gaz entre l'air et le sang se font dans les bronchioles lobulaires.

La ventilation au repos chez l'adulte en bonne santé est de 12 à 20 mouvement par minute, elle peut varier en fonction de plusieurs facteurs comme l'activité physique ou les émotions. Les troubles de la ventilation sont appelés dyspnée, la ventilation peut être par exemple plus rapide (tachypnée) ou plus lente (bradypnée) que la « normale » (la normalité dépendant des individus). Lorsque la ventilation descend en dessous de 6 mouvement par minutes ou bien s'arrête (apnée), on estime qu'elle est inefficace et doit être supplée par une ventilation artificielle.

La maladie d'Ondine est un syndrome qui se manifeste par l'absence totale de respiration spontanée (aucun réflexe ventilatoire). Le patient doit « penser » à respirer ; la nuit, il doit être placé sous ventilateur.

[modifier] Échanges gazeux

Lors de l'inspiration, l'air ambiant pénètre dans les poumons, et le dioxygène (O₂, gaz qui compose 21 % de l'air) passe dans le sang et se fixe aux globules rouges. Le gaz carbonique (CO₂) dissous dans le plasma sanguin passe lui dans l'air contenu dans les poumons. C'est cet air auvri en dioxygène et enrichi en gaz carbonique qui est expiré.

[modifier] Capacité pulmonaire

La capacité pulmonaire est le volume d'air pouvant être inspiré. Elle se mesure avec un spiromètre. En général, on mesure trois type de respirations :

la respiration « normale », calme, qui donne le volume utilisé au repos ;
la respiration forcée, qui donne la capacité maximale ;
une expiration brutale, qui donne des renseignement sur les bronchioles, notamment dans le cadre d'une recherche d'asthme.

On peut aussi estimer la capacité respiratoire par des tests d'athlétisme, comme par exemple le test navette de Luc Léger [1].

Notons que même lorsque l'on expire complètement, il reste de l'air dans les poumons.

[modifier] Médias

Animations flash illustrant le phénomène actif de l'inspiration et passif de l'expiration par la contraction ou le relâchement des muscles respiratoires.