Physiologie respiratoire - Freedrpneveu.free.fr/images/PhysioPNeveu03Resp.pdf · Physiologie respiratoire Pauline Neveu, PhD cours physiologie générale 2 Plan «Physiologie respiratoire»

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Physiologie respiratoire

Pauline Neveu, PhD

cours physiologie générale

2

Plan «Physiologie respiratoire»

1-Anatomie du système respiratoire

2-La ventilation

3-Volumes respiratoires

4-Echanges gazeux

5-Transport O2 et CO2

6-Régulation de la respiration

7-Effets du tabac sur la respiration

8-Développement embryonnaire des poumons

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1-Anatomie du système respiratoire

Le système respiratoire comprend:

-le nez

-le pharynx

-le larynx

-la trachée

-les bronches

-les poumons

conduction

respiration

supérieure

inférieure

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1-Anatomie du système respiratoire1.1-Le nez

charpente osseuse et cartilagineuse (+peau, muscles et muqueuse)

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Deux cavités nasales:

-séparées par un septum nasal

-s’ouvrent sur l’extérieur par les narines

-s’ouvrent sur le pharynx par les choanes

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1-Anatomie du système respiratoire1.1-Le nezLes cavités nasales sont divisées par les cornets nasaux

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Dans les cavités nasales débouchent:

-conduits lacrymonasaux

-conduits des sinus paranasaux

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Dans les cavités nasales se trouve la muqueuse olfactive

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Fonctions:

-olfactive

-vocale

-aérienne:

-filtre (poils, mucus, cils)

-réchauffe (capillaires)

-humidifie (mucus)

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1-Anatomie du système respiratoire1.2-Le pharynx

Tube:

-13cm (choanes/cricoïde)

-trois parties:-nasopharynx

-oropharynx

-laryngopharynx

-paroi musculeuse tapissée d’une muqueuse

-reçoit les trompes d’Eustache

-contient les tonsilles

-fonctions:-aérienne

-digestive

-vocale

-immunitaire

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1-Anatomie du système respiratoire1.3-Le larynx

Situé entre:

-le laryngopharynx

-la trachée

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1-Anatomie1.3-Le larynx

Constitué:

-muscles

-9 cartilages:

-thyroïde (pomme Adam)

-épiglotte (couvercle)

-cricoïde (anneau)

-aryténoïdes (cordes vocales)

-corniculés (soutien épiglotte)

-cunéiformes (soutien)

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1-Anatomie du système respiratoire1.3-Le larynxPhonation

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1-Anatomie du système respiratoire1.4-La trachée

Conduit tubulaire:

-12cm long (du larynx

aux bronches)

-2,5cm diamètre

-ventrale à l’œsophage

-paroi:

-muqueuse (épithélium avec cellules ciliées & caliciformes (escalator muco-ciliaire) + conjonctif : chorion)

-sous muqueuse glandulaire

-cartilage (16/20 anneaux en C)

-adventice

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1-Anatomie du système respiratoire1.5-Les bronches

La trachée se divise:

-bronche principale droite (verticale, courte, large)

-bronche principale gauche

D’autres divisions:

-bronches principales

-bronches lobaires (3 à droite; 2 à gauche)

-bronches segmentaires

-bronchioles

-bronchioles terminales (1/lobule)

arbre bronchique

cartilage remplacé par des myocytes

disparition cellules caliciformes et ciliées

→remarque : carina

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1-Anatomie du système respiratoire1.5-Les bronches

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1-Anatomie1.6-Les poumons

osseuse :

-sternum

-rachis

-côtes

musculaire :

-diaphragme

-intercostaux

Cage thoracique:

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1-Anatomie1.6-Les poumonsconiques:-apex (clavicules)

-base (diaphragme)

-face costale (côtes)

-face médiale/médiastinale (cœur)

plèvre (enveloppe):-feuillet pariétal

-feuillet viscéral←cavité pleurale:

pneumothorax, hémothorax, hydrothorax

pleurite/pleurésie (inflammation+/-épanchement)

-virtuelle-sérosité/liquide pleural

-récessus

collapsus pulmonaire, atélectasie alvéolaire

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1-Anatomie1.6-Les poumonsDivisés en lobes par des scissures:

-poumon gauche (scissure

oblique):-lobe supérieur

-lobe inférieur

-poumon droit (scissures

oblique et horizontale):-lobe supérieur

-lobe moyen

-lobe inférieur

-incisure cardiaque (gauche; volume gauche<droit de 10%)

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1-Anatomie du système respiratoire1.6-Les poumons

Face médiale: hile

-nerfs

-vaisseaux sanguins

-vaisseaux lymphatiques

-bronches:

-1 bronche lobaire par lobe

-10 bronches segmentaires par poumon 10 segments bronchopulmonaires

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Segments bronchopulmonaires:

constitués de lobules(bronchioles terminales)

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sac alvéolaires

alvéoles

Dernières subdivisions (bronchioles terminales/bronchioles respiratoires/conduits alvéolaires):

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Les alvéoles:

-300 millions (70m²)

-sphériques

-paroi:

-épithélium simple:

-pneumocytes I (échanges respiratoires)

-pneumocytes II (production surfactant)

-basale

-macrophagocytes (cellules à poussières)

-réseau capillaires sanguins

lieu des échanges respiratoires:membrane alvéolocapillaire

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Vascularisation:

-veines pulmonaires

-artères bronchiques issues de l’aorte (oxygéné)

-veines bronchiques

-artères pulmonaires droite et gauche (désoxygéné)

→circulationpulmonaire (petite):

→circulationsystémique (grande):

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Innervation arbre bronchique:

-afférences (X)

-efférences:

-parasympathiques (X) (Ach/bronchoconstriction)

-orthosympathiques (NA,A/bronchodilatation)

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2-La ventilation2.1-Etapes de la respiration

Respiration:

-ventilation pulmonaire (mouvements d’air):

-inspiration

-expiration

-respiration externe ou pulmonaire (échanges alvéolo-capillaires)

-respiration interne ou tissulaire (échanges capillaires/tissus)

variations de pressions

tension superficielle

compliance pulmonaire

résistance pulmonaire

-respiration cellulaire (réactions métaboliques)

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2-La ventilation2.2-Variations de pression

Loi Boyle-Mariotte:

la pression d'un gaz dans un récipient fermé est inversement proportionnelle au volume du contenant

volume pression

volume pression

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L’air:

-entre dans les poumons:

pression poumons < pression atmosphérique

-sort des poumons:

pression poumons > pression atmosphérique

changements de volume des poumons

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Pression atmosphérique:

760mm Hg = 1atm = 101325Pa = 1.01325Bar

Pression intraalvéolaire ou intrapulmonaire:

760mm Hg avant inspiration

pendant l’inspiration

pendant l’expiration

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Inspiration:

-contraction muscles de l'inspiration

-volume cage thoracique

-volume poumons

-pression intraalvéolaire

-pression alvéoles pulmonaires < pression atmosphérique

-entrée d’air dans les poumons

pression de 1 à 3mm Hg: entrée de 500ml d’air

pression de 100mm Hg: entrée de 2/3l d’air

processus actif

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muscles de l'inspiration:-diaphragme

-intercostaux externes

-sterno-cleido-mastoïdien

-scalènes

-petits pectoraux

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Expiration:

-relâchement muscles de l'inspiration

-volume cage thoracique

-volume poumons

-pression intraalvéolaire

-pression alvéoles pulmonaires > pression atmosphérique

-sortie d’air des poumons

processus passif

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muscles de l'expiration:

-intercostaux internes

-abdominaux

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2-La ventilation2.3-Tension superficielle

-les molécules d’eau sont polaires

-des liaisons hydrogène s’établissent

-interface liquide/gaz: peau de l’eau

gerris

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2-La ventilation2.3-Tension superficielle

Pellicule liquidienne de la surface des alvéoles:

-tension superficielle

-plus petit diamètre possible

Surfactant (phospholipides, lipoprotéines):

-distensibilité

-stabilité alvéolaire(petites alvéoles ne se vident pas dans les grandes)

-maintient alvéoles sèches

syndrome de détresse respiratoire du nouveau-néex : maladie des membranes hyalines (manque de surfactant)

tension superficielle

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2-La ventilation2.4-Compliance

Compliance: capacité d’une structure d'être étirée (extensibilité)

-grande compliance: étirement facile

-faible compliance: étirement difficile

Compliance pulmonaire:

-tension superficielle

-élasticité liée à la présence de tissu élastique interstitiel (‘tricotage’ des fibres de collagène et d’élastine)

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2-La ventilation2.5-Résistance des conduits

Écoulement = P/R (P=pression ; R=résistance)

-P: écoulement

-R: écoulement

La résistance varie:

-mécaniquement: élargissement des bronchioles à l’inspiration

-nerveusement: bronchodilatation (ortho) bronchoconstriction (para)

-affections (→mucus)

-P: écoulement

-R: écoulement

La résistance dépend du diamètre : R quand diamètre

R quand diamètre

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2-La ventilation2.6-Mouvements respiratoires

-émotions

-nettoyages

-vocalisations

Eupnée: respiration normale

-respiration diaphragmatique/abdominale/profonde

-respiration costale/poitrine/superficielle

Dyspnée: respiration anormale

Autres mouvements d’air:

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3-Volumes et capacités respiratoires

Volumes d’air:

mesurés avec un spiromètrespirogramme

-inspiration

-expiration

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-volume courant ou tidal, VT-volume air déplacé au repos

-500ml

-volume de réserve inspiratoire, VRI-plus grand volume d'air que l'on puisse inspirer au delà d'une inspiration normale

-3.1l

-volume de réserve expiratoire, VRE-plus grand volume d'air que l'on puisse expirer au delà d'une expiration normale

-1.2l

-volume résiduel, VR-air restant après une expiration maximale

-1.2l

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-capacité pulmonaire totale, CPT

-VR + VRE + VT + VRI

-volume pulmonaire en inspiration maximale

-capacité vitale, CV

-VRE + VT + VRI

-plus grand volume d'air mobilisable

-capacité résiduelle fonctionnelle, CRF

-VR + VRE

-volume d’air dans lequel se mélange le volume courant à chaque nouvelle inspiration-volume d’air contenu dans les poumons en fin d'expiration normale = volume de relaxation thoraco-pulmonaire

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Fréquence respiratoire au repos: FR=12cycles/min

Débit ventilatoire au repos, V: V=VT*FR=6l/min:

seuls 70%VT sert à la respiration externe (70%VT=350ml)

30% restants: espace mort (30%VT=150ml) (tuba)

Débit ventilation alvéolaire, VA: VA=70%VT*FR=4.2l/min

Volume expiratoire maximum-seconde, VEMS:

volume d'air expulsé des poumons en une seconde, avec un effort maximal, après une inspiration maximale

75% de la CV (rapport de Tiffeneau: VEMS/CV75%)

Débit expiratoire de pointe / peak flow

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Examen clinique:

-observation des mouvements respiratoires (eupnée/dyspnée)

-percussion du thorax (sonorité)

-auscultation stéthoscope (murmure vésiculaire)

-épreuves fonctionnelles (spirométrie)

-imagerie médicale

-interrogatoire

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Troubles ventilatoires:

-restrictifs: diminution des volumes pulmonaires, CPT

-pneumonectomies

-destructions pulmonaires infectieuses et cancéreuses

-pneumothorax

-obstructifs: diminution du calibre des voies aériennes, VEMS

-asthme

-bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO)

(→risque emphysème)

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4-Echanges gazeux4.1-Lois des gaz

Échanges gaz air/sang passifs:

-loi de Dalton

-loi de Henry

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Loi de Dalton:-dans un mélange de gaz, chaque gaz exerce sa propre pression comme si les autres gaz n'étaient pas présents

-la pression d'un gaz donné d'un mélange est appelée pression partielle de ce gaz

-la pression totale d’un mélange se trouve en additionnant toutes les pressions partielles

Ex: air atmosphérique78.6%N2; 20.9%O2; 0.4%H2O; 0.04%CO2; 0.06%autres

Px=%gaz*Pmélange (atmosphère=760mmHg)

Patm=PN2+PO2+ PH2O+ PCO2+Pautres

Patm=597.4+158.8+3+0.3+0.5=760mmHg

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Gaz diffuse selon son gradient de pression:

-pression partielle élevée pression partielle faible

-avec une vitesse d’autant plus grande que le gradient de pression est élevé

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air intraalvéolaireair inhalé air exhalé

13.6% O25.2%CO2

20.9% O20.04% CO2

16% O24.5% CO2

mélanges

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4-Echanges gazeux4.1-Lois des gazLoi de Henry:

la quantité d'un gaz qui se dissout dans un liquide est proportionnelle :

-à sa pression partielle

-à son coefficient de solubilité

ex: le coefficient solubilité CO2 est 24 fois > à celui de l’O2

Ex: plongéeaccidents biochimiques (ex:métabolisation N2→narcose ou ivresse des profondeurs)

La pression du gaz dissous s’appelle également tension

Quand il y a équilibre entre les molécules de gaz qui entrent dans le liquide et celles qui sortent: le liquide est à saturation

accidents biophysiques

Ex: oxygénothérapie hyperbareEx: montagne

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4-Echanges gazeux4.2-Respirations externe et interne

Échanges gazeux alvéolocapillaires (respiration externe):

-diffusion O2: air (105mmHg)sang (40mmHg)

-diffusion CO2: sang (45mmHg) air (40mmHg)

diffusion indépendante des gaz

Échanges gazeux capillaires/tissus (respiration interne):

-diffusion O2: sang (100mmHg) tissus (40mmHg)

-diffusion CO2: tissus (45mmHg) sang (40mmHg)

diffusion indépendante des gaz

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La vitesse des échanges gazeux dépend (diffusion Fick):

-des différences de pression partielle (Pp) des gaz

→vitesse quand Pp : ex : exercice

→vitesse quand Pp : ex : altitude

-surface d’échange (en cas d'emphysème)

-distance de diffusion (en cas d’œdème)

-nature du gaz (mouvements CO2>O2)

D.S.∆PV=

e

vitesse de diffusion d’un gaz à travers une paroi

coefficient de diffusion

surface de la paroi

épaisseur de la paroi

différence de pp de part & d’autre de la paroi

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5-Transport O2 et CO25.1-Transport O2O2 sang oxygéné (20ml O2 / 100ml sang):

-dissous dans le plasma (1.5%: 0.3ml O2 / 100ml sang)

-lié à l’hémoglobine des érythrocytes (98.5%: 19.7ml O2 / 100ml sang)

une molécule d’hémoglobine (Hb) peut lier 4 molécules d’O2

Hb (Hb réduite ou désoxyhémoglobine) + O2 HbO2 (oxyhémoglobine)

Hb+4O2:Hb saturée à 100%Hb+2O2:Hb saturée à 50%

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5-Transport O2 et CO25.1-Transport O2

L'Hb stocke du O2 et peut le céder plus ou moins facilement au plasma

→l'affinité de l'Hb pour l'O2 dépend :

-PO2

-PCO2

-pH

-température

-2,3DPG

57Courbe de dissociation de l’oxyhémoglobine

5-Transport O2 et CO25.1-Transport O2La PO2 sanguine détermine la liaison Hb/O2:

-PO2: entre 60 et 100mm Hg saturation Hb >90%

-PO2: 40mm Hg saturation Hb 75%

-PO2: 20mm Hg saturation Hb 35%

air alvéolaire(105mmHg)

sang désoxygéné(40mmHg)

sang oxygéné(100mmHg)

tissus(40mmHg)

→plus la PO2 sanguine est grande, plus l'affinité de l'Hb pour l'O2 est grande

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Cellule active:

-consomme O2

-produit:

-CO2

-acides

-chaleur

doivent être éliminés

agissent sur affinité Hb/O2

PO2 agit sur affinité Hb/O2

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La PCO2 sanguine module la liaison Hb/O2:

vaisseaux systémiques:

-affinité Hb/O2

-libération O2 par l’Hb

vaisseaux pulmonaires:

- affinité Hb/O2

-capture O2 par l’Hb

-PCO2

-PCO2

effet Bohr

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Le pH sanguin module la liaison Hb/O2:

CO2: H+: pH: affinité Hb/O2

CO2: H+: pH: affinité Hb/O2

CO2 + H2O H2CO3 (acide carbonique)

anhydrase carbonique (AC)des érythrocytes

H+ + HCO3-(ion bicarbonate)H2CO3

effet Bohr

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La température module la liaison Hb/O2:

température: affinité Hb/O2

température: affinité Hb/O2

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Le 2,3-DPG (diphosphoglycérate) module la liaison Hb/O2:

se forme dans les érythrocytes lors de la glycolyse (dégradation glucose ATP)

2,3-DPG: affinité Hb/O2

La formation de 2,3-DPG est stimulée par:

-thyroxine

-hormone de croissance

-adrénaline, noradrénaline

-testostérone

Affinité pour O2 Hb fœtale > Hb adulte

→l’Hb fœtale lie moins le 2,3-DPG (globines différentes)

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Oxycarbonisme:

-intoxication par le monoxyde de carbone (CO)

-affinité de l’Hb pour le CO 200fois > O2

-capacité sang à transporter O2

-lèvres et muqueuse buccale écarlates

-traitement: O2 pur hyperbare

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5-Transport O2 et CO25.2-Transport CO2CO2 sang désoxygéné (53ml CO2 / 100ml sang):

-dissous dans le plasma (7%: 3.7ml CO2 / 100ml sang)

-lié aux protéines sanguines (dont Hb): composés carbaminés (23%: 12.2ml CO2 / 100ml sang)

-ions bicarbonates (70%: 37.1ml CO2 / 100ml sang)

Hb + CO2 HbCO2 (carbhémoglobine ou carbaminohémoglobine)

CO2 + H2O H2CO3 (acide carbonique)

anhydrase carboniquedes érythrocytes

H+ + HCO3-(ion bicarbonate)H2CO3

Hb bon tampon d’ions H+: favorise conversion CO2 HCO3-

l'affinité désoxyHb pour CO2 > affinité oxyHb pour CO2

quand HbO2, transport CO2 par le sang (effet Haldane)

échange d'ions bicarbonates avec Cl- qui débarrasse les cellules du CO2 (effet Hamburger)

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5-Transport O2 et CO2

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6-Régulation de la respiration6.1-Centre respiratoire

Centre respiratoire (TC):

-centre bulbaire:

-aire inspiratoire (active: 2s; silencieuse: 3s)

-aire expiratoire (active en respiration forcée)

-centre pneumotaxique pontique:inhibe l’aire inspiratoire

-centre apneustique:active l’aire inspiratoire

rythmicité

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6-Régulation de la respiration6.2-Régulation du centre respiratoire

Le centre respiratoire est modulé par le système nerveux :

-cortex cérébral modulation volontaire

-système 'limbique'modulation émotionnelle

-hypothalamus modulation comportementale

modulation collatérales des neuronesmoteurs de l’AMI (aire motrice primaire)

-somesthésie modulation propriocepteurs

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6-Régulation de la respiration6.2-Régulation du centre respiratoireLe centre respiratoire est modulé par les chimiorécepteurs:

centraux périphériques

-bulbe rachidien -aorte (X) et carotides (IX)

-PCO2; H+ -PCO2; H+; PO2

-LCR -sang


PCO2 sang artériel+LCR: 40mm HgPCO2: hypercapnie + H+

PCO2: hypocapnie + H+hypercapnie

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variable mesurée:PCO2

capteur:chimiorécepteurs

comparateur:centre respiratoire

effecteur:muscles respiratoires

point de consigne:PCO2 40mmHg

chimiorécepteurs (centraux et périphériques)

centre respiratoire

fréquence et amplitude respiratoire + bronchodilatation sympathique

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PO2 sang artériel: 100mm Hg

60-100mm Hg: pas de variation respiratoire

50-60mm Hg: hyperventilation réflexe + bronchodilatation

<50mm Hg: réponse inadéquate

chimiorécepteurs périphériques

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variable mesurée:PO2

capteur:chimiorécepteurs

périphériquescomparateur:

centre respiratoireeffecteur:

muscles respiratoires

point de consigne:PO2 60-100mmHg

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6-Régulation de la respiration6.2-Régulation du centre respiratoirePlusieurs types d’hypoxie (apports O2) existent:-hypoxique:

-altitude; obstruction voies respiratoires; liquide dans les poumons-PO2 sang artériel-comme PO2: réponse des chimiorécepteurs et ventilation

-des anémies:-anémie ; hémorragie; 'intoxication au CO'-pas assez d’Hb ou d’Hb fonctionnelles (cas intoxication au CO)

-pas de PO2: pas de réponse des chimiorécepteurs et pas ventilation

-ischémique:-circulation réduite dans un tissu qui manque d’O2-pas de PO2: pas de réponse des chimiorécepteurs et pas ventilation

-histotoxique:-intoxication (ex : cyanure)

-impossibilité pour un tissu d’utiliser de l’O2-pas de PO2: pas de réponse des chimiorécepteurs et pas ventilation(sauf que, dans le cas du cyanure, celui-ci active directement les chimiorécepteurs...)

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Le centre respiratoire est modulé par la distension pulmonaire:

→récepteurs à l’étirement: barorécepteurs bronchiques (X)

→réflexe de distension pulmonaire ou de Hering-Breuer

→protection

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Le centre respiratoire est modulé par la température:

-température: fréquence respiratoire

-température: fréquence respiratoire

Le centre respiratoire est modulé par la douleur:

-vive: apnée

-prolongée: fréquence respiratoire

Le centre respiratoire est modulé par l’irritation:

-arrêt + toux/éternuements

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7-Effets du tabac sur la respiration

-nicotine:-constriction bronchioles

-écoulement air

-monoxyde de carbone:-liaison à l’Hb

-capacité Hb à transporter O2

-irritants

-secrétion mucus

-œdème muqueuse

-inhibition mouvement ciliaires/destruction cils

-écoulement air

-à la longue: destruction fibres élastiques, emphysème…

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8-Développement embryonnaire des poumons

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