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Physiologie RespiratoirePhysiologie Respiratoire
Cours: physiologie d’organe
- Mécanique ventilatoire, volumes pulmonaires
- Ventilation alvéolaire, transfert alvéolo-capillaire
- Circulation pulmonaire, rapports ventilation-perfusion
- Bronchomotricité, contrôle de la ventilation
Application: exploration fonctionnelle respiratoire
- EFR pratique et adaptations ventilatoires à l’exercice
Les affections respiratoires(atteintes du système mécanique)
Modificationdu calibre des VAObstruction:Asthme, BPCO…
Atteinte dusystème
mécanique actif:Myopathie, …
Atteinte duparenchyme:
fibrose,emphysème, …
- Dépistage d’une affection respiratoire débutante bilan de symptômes type dyspnée ou toux
- Diagnostic positif et surtout diagnostic de gravité des maladies pulmonaires - Suivi évolutif de la maladie, effets des thérapeutiques
- Evaluation pré-opératoire (chirurgie pulmonaire)
Indications
Explorations Fonctionnelles Respiratoiresdes pathologies pulmonaires
Explorations Fonctionnelles Respiratoiresdes pathologies pulmonaires
Obstructiondes VA:Asthme, BPCO…
Atteinte duparenchyme:
fibrose,emphysème, …
Etude aux EFR:• débits• résistance
Etude aux EFR:• volumes• compliance
Volumes pulmonairespositions d’équilibreVolumes pulmonairespositions d’équilibre
CPT
VRCRF
Muscles inspiratoires
Muscles expiratoires
Paroithoraco-abdominaleParoithoraco-abdominale
Pression rétractionélastique pulmonairePression rétractionélastique pulmonaire
V = ∆P/R Analyse des débits expiratoires
V = ∆P/R Analyse des débits expiratoires
• Temps - Volume
(L)
(s)
CV
VEMS > 70-75% CV
VEMS
1 seconde
Volume Expiré Maximal en 1 Seconde
CV
• Volume - Débit
Déb
it (L/
s)
(L)
Débit expiratoirede pointe
.
Analyse des résultats des EFR: comparaison à des normes
Analyse des résultats des EFR: comparaison à des normes
Définition du sujet sain ou normal
• Du point de vue du pneumologue une population normale est constituée de sujets n’ayant jamais fumé et sans antécédent respiratoire
• Comme pour toutes les grandeurs biologiques il existe une dispersion des valeurs chez les sujets normaux et ce pour chacune des grandeurs d’intérêt en exploration fonctionnelle respiratoire:débits, volumes ou rapports
Facteurs influençant les débits, volumes et rapports
• Le sexe• La taille• L’âge• L’ethnie• D’autres facteurs, de moindre importance
Calcul de valeurs prédites / théoriques dont l’écart type est réduit
• Après correction la distribution ne dépend plus que des facteurs résiduels
• L’écart type en est réduit d’autant• L’écart type résiduel est multi factoriel. Il inclut sans
doute la masse corporelle et bien d’autres facteurs dont le poids statistique individuel n’est pas suffisamment important pour qu’une correction ciblée ait un intérêt ou ait un sens statistique
Exemple:correction pour sexe, âge et taille
Méthodologie pour les normes
Quel pré requis ?
1. Norme tenant compte du sexe, de l’âge, de la taille et de l’ethnie (ou norme ethnique ou correction ethnique)
2. Méthodologie statistique adéquate (Cole TJ, Green PJ, Stat Med, 1992)Méthode LMS (ou GAMLSS) : résume les changements de distribution de trois courbes: médiane, coefficient de variation et dissymétrie (méthode utilisée par OMS: poids, taille des enfants)
3. Norme tous âges: description croissance, sénescenceDéveloppée à partir d’un grand nombre de sujets sains
Recommandations internationales (2005)Normalité définie statistiquement
La définition actuellement utilisée pour les ECN: norme 80 à 120% (définition non statistique)
ancienne définition…
Ce seuil signifie que l’écart type (SD) de la variation inter-individuelle est de 10% mais aussi que l’écart type est proportionnel à la valeur moyenne à tous les âges et pour toutes les tailles: FAUX
120%80%
Coefficient de variabilité pour l’âge
CV = 15% ~ LLN of 70%Normal = 70-130%
CV = 10% ~ LLN of 80%Normal = 80-120%
Approche méthodologique très fausse aux âges extrêmes
Expliquant le fait que les ouvrages pneumologiques définissaient le trouble restrictif par une CPT<80% ou <70%
selon les ouvrages
-1.64 +1.64
5ème 95ème LIN = -1.64 RSD LSN = +1.64 RSD
LIN (LLN): limite inférieure de la normaleLSN (ULN): limite supérieure de la normale
Z-score: quantification écart versus normalité
Valeurs atypiques oupotentiellement
anormalement basses5% d’une population saine
Valeurs atypiques oupotentiellement anormalement hautes5% d’une population saine
Interprétation des résultats des EFRInterprétation des résultats des EFR
Expression en fonction de normes établies chez le sujet sainValeurs normales dépendent de:• ethnie• sexe• taille• âge
Expression des résultats d’EFR (recommandations internationales 2005):
Normalité: donnée par l’intervalle de confiance à 90%Limites de la normalité: entre Limite Inférieure de la Norme (LIN) et Limite Supérieure de la Norme (LSN)
Expression du résultat% de la théorique
Boucle volume-débit
expiration
inspiration
Limites inf (LIN) etsup (LSN) préditespour le sujet
Mes
ures
CPTVR
CRF
Interprétation : volumesInterprétation : volumes
CPT
VRCRF
Trouble restrictif :diminution de CPT
• pression rétraction élastique (fibrose pulmonaire)• distensibilité pariétale (SPA, obésité majeure…)• force musculaire inspiratoire (paralysie diaphragme…)
CPT < LIN
Interprétation : volumesInterprétation : volumes
CPT
VRCRF
Distension thoracique:Augmentation des volumes statiques (pas de def. internationale)
CRF > LSN
Deux mécanismes de distension• pression rétraction élastique: distension de l’emphysème panlobulaire• volume piégé (obstruction bronchique): distension dynamique de l’emphysème centrolobulaire (la CRF n’est plus un volume statique…)
Trouble obstructif :
VEMS / CV < LIN
Le degré de diminution du VEMSchiffre alors l’importance de l’obstruction
Interprétation : débitsInterprétation : débits
TVO (VEMS/CVF<LIN) très sévère (VEMS<35% theo)
Distension thoracique
On ne vous pardonnera pas de ne pas connaître …
Notions mécaniques simples:• tuyau: résistance, conductance (débit)• sac: compliance, élastance (volume)
Volumes statiques (points de débit nul): CPT, CRF, VR
Volumes mobilisables: VEMS et CV
Définitions:• trouble obstructif: VEMS / CV < LIN• trouble restrictif: CPT < LIN• distension: volumes statiques > LSN
Physiologie RespiratoirePhysiologie Respiratoire
Cours: physiologie d’organe
- Mécanique ventilatoire, volumes pulmonaires
- Ventilation alvéolaire, transfert alvéolo-capillaire
- Circulation pulmonaire, rapports ventilation-perfusion
- Bronchomotricité, contrôle de la ventilation
Application: exploration fonctionnelle respiratoire
- EFR pratique et adaptations ventilatoires à l’exercice
Animaux hétérotrophes= utilisation d’énergie chimique
Alimentation:• glucides + O2 CO2 + H2O + W• lipides + O2 CO2 + H2O + W
• protides + O2 CO2 + H2O + azote + W
W transférée sur petites molécules phosphorées (ATP, ADP)
Fonctions:• cellule: Na+/K+ ATPase, etc… • organe: transport gaz et sang, muscles
Animaux hétérotrophes= utilisation d’énergie chimique
Alimentation:• glucides + O2 CO2 + H2O + W• lipides + O2 CO2 + H2O + W• protides + O2 CO2 + H2O + azote + W
Transformation
Énergie mécanique: 20%Énergie thermique (sous-produit): 80%
Homme: pas de tissu calorigène spécialisé (graisse brune animale)
Animaux hétérotrophes= utilisation d’énergie chimique
Alimentation:• glucides + O2 CO2 + H2O + W• lipides + O2 CO2 + H2O + W• protides + O2 CO2 + H2O + azote + W
alime
ntat
ionre
spira
tion
respira
tion
rein
apports élimination
Les voies de l’énergie(ATP)
Exercice = tissus musculairesaugmentation de la consommation d’O2 et augmentation production de CO2
Adaptation cardio-respiratoire
Contrôle ventilatoire
PaCO2 constanteEXERCICE
VT
FR
Intensité
Réserve expiratoire
Réserve inspiratoire
VT augmente au dépend des réserves inspiratoire et expiratoire
VT max limité à 50–60 % de CV (VT repos: 400 à 500 mL; CV: 3-5 L)
FR max de l’ordre de 35 à 40 / min (15 à 20 cycles / min au repos)
Ventilation = VT x FR
Adaptation ventilatoire à l’exercice
Réponse ventilatoire à l’exercice
CI CI
EELV
TLC
RV
CI
EILV
VRE
VRI
CI: capacité inspiratoire (CI + CRF = CPT)Augmentation à l’exercice chez le sujet sain
Boucle débit volume à l’exercice
CI: repos
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
23456Volume (L)
Déb
it (
L/s
)
RVTLC
CI: exercice
VRI VRE
CRF
Echanges alvéolo-capillaires
Mécanisme passif, nécessite un temps de contact suffisant
2222 OPOPODOV pacAL ˙
Au repos, temps de contact important par rapport au temps d’équilibration. A l’exercice, l’augmentation du débit cardiaque réduit le temps de contact alors que le temps d’équilibration augmente (sang veineux plus désaturé)
Gradient de diffusion à l’exercice
Repos• PAO2 100 mmHg
• PvO2 40 mmHg
• SvO2 75 %
• Temps d’équilibration d’environ 25 msec
Exercice max• PAO2 120 mmHg
• PvO2 20 mmHg
• SvO2 20 à 25 %
• Temps d’équilibration augmenté
} 60 } 100
2222 OPOPODOV pacAL ˙
P varie peu : nécessité d’une augmentation importante de DLO2
Transfert à l’exerciceD
ml.m
in-1.t
orr-1
100
80
60
40
20
01 2 3 4
)min.l(OV 12
˙
P.Cerretelli and P.E. di Prampero 1997
DO2
DCO
Vc
1
Dm
1
OD
1
02O22L
VC: recrutement et distension
Echanges gazeux à l’exercice max.
Repos Exercice maximal
PAO2 100 mmHg
PaO2 90 mmHg 85 à 90 mmHg
115 à 120 mmHg
10 mmHg
30 mmHg
Pas d’hypoxémie, pas de diminution du CaO2
Limitation ventilatoire à l’exercice ?
Hyperventilation à l’exercice maximal• VE continue d’augmenter alors même que la VO2 max. plafonne• Pas de désaturation artérielle : le CaO2 reste maximal
Débits et pressions nettement infra maximaux• Courbes débit - volume loin de l’enveloppe maximale• Réserves ventilatoires de l’ordre de 50 à 60 % des capacités théo• P inspiratoires d’environ 15 à 30 % PI max.• P expiratoires au maximum de l’ordre de 3 % PE max.
Pas de signe EMG de fatigue muscles respiratoires
.
Pas de limitation respiratoire chez le sujet sain
.