RESPIRATOIRE (APPAREIL)Physiologie

La physiologie de la respiration est l'étude des mécanismes, nombreux et complexes, qui permettent de transporter du milieu ambiant jusqu'aux cellules une quantité adéquate d'oxygène et de rejeter dans l'atmosphère le dioxyde de carbone produit par le métabolisme. Les échanges gazeux entre les poumons et l'air ambiant sont assurés par la ventilation pulmonaire ; puis la diffusion alvéolo-capillaire permet les échanges gazeux entre les poumons et le sang. La circulation sanguine se charge de transporter l'oxygène aux différentes cellules de l'organisme (cf. systèmes circulatoires, sang). Au niveau des cellules, il existe, d'une part, un nouveau mécanisme de diffusion entre le liquide interstitiel qui les baigne et les vaisseaux capillaires et, d'autre part, une dernière diffusion de gaz entre le liquide interstitiel et l'intérieur des cellules. C'est là que se déroulent les réactions biochimiques d'oxydoréduction productrices d'énergie à partir des substrats organiques nutritifs qui sont finalement minéralisés avec formation d'eau et de dioxyde de carbone. Ce dernier suit un trajet inverse de celui de l'oxygène, qui aboutit à son excrétion pulmonaire.

Les mécanismes respiratoires

La ventilation pulmonaire

La ventilation pulmonaire assure la prise d'oxygène dans l'atmosphère ambiante et le rejet de dioxyde de carbone (gaz carbonique).

Volumes pulmonaires

Lors de chaque inspiration, un certain volume d'air entre dans les poumons ; lors de l'expiration, un certain volume de gaz, appauvri en oxygène et enrichi en gaz carbonique, est rejeté. Ce volume, inspiré ou expiré à chaque cycle ventilatoire, est appelé le volume courant (V_t), [avec t pour tide, « marée » en anglais]. Ce dernier étant mobilisé f fois par minute (f : fréquence respiratoire), il devient alors possible de calculer le débit ventilatoire (V̇_e), défini comme le nombre de litres de gaz expirés (V_e) par minute. Il doit être exprimé dans les conditions de pression, de température et de saturation en eau qui règnent dans les poumons humains, c'est-à-dire à 37 ⁰C, à la pression barométrique du lieu déterminé, à la pression saturante de vapeur d'eau, qui est de 47 mm Hg (à 37 ⁰C, 1 mm Hg) :

Dans les conditions de repos, le volume courant représente une petite fraction du volume de gaz contenu dans les poumons. Pour étudier l'ensemble des volumes pulmonaires, il faut connecter les voies aériennes d'un sujet à un spirographe où les inspirations s'inscrivent vers le haut et les expirations vers le bas (fig. 1). Lorsque le sujet respire calmement, on enregistre aussi une série de volumes courants de repos. Si on demande au sujet d'effectuer une inspiration forcée, un volume, dépassant le volume courant, s'enregistre : c'est le volume de réserve inspiratoire (V_ri). Si on demande une expiration maximale, on enregistre de manière analogue un volume de réserve expiratoire (V_re). Lorsque les besoins ventilatoires augmentent, le volume courant s'accroît aux dépens des volumes de réserve expiratoire et surtout inspiratoire. Au terme d'une expiration maximale, un certain volume de gaz impossible à expirer reste dans les poumons : c'est le volume résiduel (V_r). Pour le mesurer, il faut avoir recours à un procédé indirect. On introduit dans le spiromètre un volume v d'hélium pur, gaz inerte non toxique et peu diffusible à l'intérieur de l'organisme. Après une dizaine de minutes, la concentration d'hélium est la même dans le spiromètre et dans les poumons ; on détermine la concentration c d'hélium dans le circuit. Par définition, c = v/V, où V est la somme des volumes pulmonaires concernés et du volume du spiromètre qui est connu. Les volumes pulmonaires où l'hélium a diffusé sont le volume résiduel et le volume de réserve expiratoire qu'il est aisé de mesurer directement. Le volume résiduel est ainsi déterminé.

Volumes pulmonaires

Décomposition des différents volumes pulmonaires. Vri et Vre, volumes de réserve inspiratoire et expiratoire ; Vt, volume courant ; Vr, volume résiduel ; Ci, capacité inspiratoire ; Cv, capacité vitale ; Crf, capacité résiduelle fonctionnelle, Cpt, capacité pulmonaire totale.... 

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Les différents volumes pulmonaires peuvent être groupés entre eux pour réaliser ce qu'on appelle des « capacités ». La somme du volume courant et de la réserve inspiratoire représente la capacité inspiratoire (C_i). La somme de cette dernière avec le volume de réserve expiratoire représente la capacité vitale (C_v) : c'est le volume maximal de gaz qui peut être mobilisé entre une inspiration forcée et une expiration forcée. La somme du volume résiduel et du volume de réserve expi [...]

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Composition des gaz respiratoires
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Oxyhémoglobine : courbe de dissociation
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