22.3 : Le processus de la respiration

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Objectifs d'apprentissage

Décrire les mécanismes qui stimulent la respiration
Discutez de la relation entre la pression, le volume et la résistance
Énumérer les étapes de la ventilation pulmonaire
Discutez des facteurs physiques liés à la respiration
Discutez de la signification du volume et des capacités respiratoires
Définir la fréquence respiratoire
Décrire les mécanismes qui sous-tendent le contrôle de la respiration
Décrire les centres respiratoires du bulbe rachidien
Décrivez les centres respiratoires du pont
Discutez des facteurs qui peuvent influencer la fréquence respiratoire

La ventilation pulmonaire est l'acte de respirer, qui peut être décrit comme le mouvement de l'air qui entre et sort des poumons. Les principaux mécanismes qui stimulent la ventilation pulmonaire sont la pression atmosphérique (P _atm) ; la pression de l'air dans les alvéoles, appelée pression alvéolaire (P _alv) ; et la pression dans la cavité pleurale, appelée pression intrapleurale (P _ip).

Mécanismes de la respiration

Les pressions alvéolaires et intrapleurales dépendent de certaines caractéristiques physiques des poumons. Cependant, la capacité de respirer, c'est-à-dire que l'air entre dans les poumons pendant l'inspiration et que l'air quitte les poumons pendant l'expiration, dépend de la pression de l'air de l'atmosphère et de la pression de l'air à l'intérieur des poumons.

Relations de pression

L'inspiration (ou inhalation) et l'expiration (ou expiration) dépendent des différences de pression entre l'atmosphère et les poumons. Dans un gaz, la pression est une force créée par le mouvement de molécules de gaz confinées. Par exemple, un certain nombre de molécules de gaz dans un contenant de deux litres a plus de place que le même nombre de molécules de gaz dans un récipient d'un litre (Figure\(\PageIndex{1}\)). Dans ce cas, la force exercée par le mouvement des molécules de gaz contre les parois du récipient de deux litres est inférieure à la force exercée par les molécules de gaz dans le récipient d'un litre. Par conséquent, la pression est plus faible dans le récipient de deux litres et plus élevée dans le récipient d'un litre. À température constante, la modification du volume occupé par le gaz modifie la pression, tout comme la modification du nombre de molécules de gaz. La loi de Boyle décrit la relation entre le volume et la pression dans un gaz à température constante. Boyle a découvert que la pression d'un gaz est inversement proportionnelle à son volume : si le volume augmente, la pression diminue. De même, si le volume diminue, la pression augmente. La pression et le volume sont inversement liés (P = k/ V). Par conséquent, la pression dans le récipient d'un litre (la moitié du volume du récipient de deux litres) serait le double de la pression dans le récipient de deux litres. La loi de Boyle est exprimée par la formule suivante :

\[P_1V_1=P_2V_2\]

Dans cette formule, P ₁ représente la pression initiale et V ₁ représente le volume initial, tandis que la pression et le volume finaux sont représentés par P ₂ et V _2, respectivement. Si les récipients de deux et un litre étaient reliés par un tube et que le volume de l'un des récipients était modifié, les gaz passeraient d'une pression plus élevée (volume inférieur) à une pression plus basse (volume plus élevé).

Figure\(\PageIndex{1}\) : Loi de Boyle. Dans un gaz, la pression augmente à mesure que le volume diminue.

La ventilation pulmonaire dépend de trois types de pression : atmosphérique, intra-alvéolaire et interpleurale. La pression atmosphérique est la force exercée par les gaz présents dans l'air autour d'une surface donnée, telle que le corps. La pression atmosphérique peut être exprimée en termes d'atmosphère unitaire, en abrégé atm, ou en millimètres de mercure (mm Hg). Un atm est égal à 760 mm Hg, qui est la pression atmosphérique au niveau de la mer. Généralement, pour la respiration, d'autres valeurs de pression sont discutées en relation avec la pression atmosphérique. Par conséquent, la pression négative est une pression inférieure à la pression atmosphérique, tandis que la pression positive est une pression supérieure à la pression atmosphérique. Une pression égale à la pression atmosphérique est exprimée par zéro.

La pression intra-alvéolaire est la pression de l'air à l'intérieur des alvéoles, qui varie au cours des différentes phases de la respiration (Figure\(\PageIndex{2}\)). Comme les alvéoles sont reliées à l'atmosphère par la tubulure des voies respiratoires (comme dans les récipients de deux et un litre dans l'exemple ci-dessus), la pression interpulmonaire des alvéoles est toujours égale à la pression atmosphérique.

Figure\(\PageIndex{2}\) : Relations entre la pression intrapulmonaire et intrapleurale. La pression alvéolaire varie au cours des différentes phases du cycle. Il s'égalise à 760 mm Hg mais ne reste pas à 760 mm Hg.

La pression intrapleurale est la pression de l'air à l'intérieur de la cavité pleurale, entre les pleurées viscérale et pariétale. Comme la pression intra-alvéolaire, la pression intrapleurale change également au cours des différentes phases de la respiration. Cependant, en raison de certaines caractéristiques des poumons, la pression intrapleurale est toujours inférieure ou négative à la pression intra-alvéolaire (et donc également à la pression atmosphérique). Bien qu'elle fluctue au cours de l'inspiration et de l'expiration, la pression intrapleurale reste d'environ —4 mm Hg tout au long du cycle respiratoire.

Des forces concurrentes au sein du thorax provoquent la formation d'une pression intrapleurale négative. L'une de ces forces est liée à l'élasticité des poumons eux-mêmes : les tissus élastiques tirent les poumons vers l'intérieur, loin de la paroi thoracique. La tension superficielle du liquide alvéolaire, qui est principalement de l'eau, provoque également une attraction du tissu pulmonaire vers l'intérieur. Cette tension interne provenant des poumons est contrée par des forces opposées provenant du liquide pleural et de la paroi thoracique. La tension superficielle à l'intérieur de la cavité pleurale entraîne les poumons vers l'extérieur. Trop ou trop peu de liquide pleural empêcherait la création d'une pression intrapleurale négative ; par conséquent, le niveau doit être étroitement surveillé par les cellules mésothéliales et drainé par le système lymphatique. Comme la plèvre pariétale est fixée à la paroi thoracique, l'élasticité naturelle de la paroi thoracique s'oppose à la traction des poumons vers l'intérieur. En fin de compte, la traction vers l'extérieur est légèrement supérieure à la traction vers l'intérieur, ce qui crée une pression intrapleurale de —4 mm Hg par rapport à la pression intra-alvéolaire. La pression transpulmonaire est la différence entre la pression intrapleurale et la pression intra-alvéolaire, et elle détermine la taille des poumons. Une pression transpulmonaire plus élevée correspond à un poumon plus gros.

Facteurs physiques affectant la ventilation

Outre les différences de pression, la respiration dépend également de la contraction et de la relaxation des fibres musculaires du diaphragme et du thorax. Les poumons eux-mêmes sont passifs lors de la respiration, ce qui signifie qu'ils ne participent pas à la création du mouvement qui favorise l'inspiration et l'expiration. Cela est dû à la nature adhésive du liquide pleural, qui permet de tirer les poumons vers l'extérieur lorsque la paroi thoracique bouge pendant l'inspiration. Le recul de la paroi thoracique lors de l'expiration provoque une compression des poumons. La contraction et la relaxation du diaphragme et des muscles intercostaux (situés entre les côtes) sont à l'origine de la plupart des changements de pression qui entraînent l'inspiration et l'expiration. Ces mouvements musculaires et les changements de pression qui s'ensuivent amènent l'air à entrer ou à sortir des poumons.

D'autres caractéristiques des poumons influent sur l'effort nécessaire pour ventiler. La résistance est une force qui ralentit le mouvement, dans ce cas, le flux de gaz. La taille des voies respiratoires est le principal facteur influant sur la résistance. Un petit diamètre tubulaire force l'air à traverser un espace plus petit, provoquant ainsi davantage de collisions entre les molécules d'air et les parois des voies respiratoires. La formule suivante permet de décrire la relation entre la résistance des voies respiratoires et les variations de pression :

\[F=\dfrac{P}{R}\]

Comme indiqué précédemment, il existe une tension superficielle à l'intérieur des alvéoles causée par la présence d'eau dans le revêtement des alvéoles. Cette tension superficielle tend à inhiber l'expansion des alvéoles. Cependant, le surfactant pulmonaire sécrété par les cellules alvéolaires de type II se mélange à cette eau et contribue à réduire cette tension superficielle. Sans surfactant pulmonaire, les alvéoles s'effondreraient lors de l'expiration.

L'adhérence de la paroi thoracique est la capacité de la paroi thoracique à s'étirer lorsqu'elle est sous pression. Cela peut également affecter l'effort consacré au processus de respiration. Pour que l'inspiration se produise, la cavité thoracique doit se dilater. L'expansion de la cavité thoracique influence directement la capacité des poumons à se dilater. Si les tissus de la paroi thoracique ne sont pas très souples, il sera difficile d'élargir le thorax pour augmenter la taille des poumons.

Ventilation pulmonaire

La différence de pression entraîne la ventilation pulmonaire, car l'air s'écoule le long d'un gradient de pression, c'est-à-dire que l'air circule d'une zone de pression plus élevée vers une zone de pression plus faible. L'air s'écoule dans les poumons en grande partie en raison d'une différence de pression ; la pression atmosphérique est supérieure à la pression intra-alvéolaire et la pression intra-alvéolaire est supérieure à la pression intrapleurale. L'air sort des poumons pendant l'expiration selon le même principe : la pression à l'intérieur des poumons devient supérieure à la pression atmosphérique.

La ventilation pulmonaire comprend deux étapes principales : l'inspiration et l'expiration. L'inspiration est le processus par lequel l'air entre dans les poumons, et l'expiration est le processus par lequel l'air quitte les poumons (Figure\(\PageIndex{3}\)). Un cycle respiratoire est une séquence d'inspiration et d'expiration. En général, deux groupes musculaires sont utilisés lors d'une inspiration normale : le diaphragme et les muscles intercostaux externes. Des muscles supplémentaires peuvent être sollicités si une respiration plus intense est requise. Lorsque le diaphragme se contracte, il se déplace vers l'intérieur vers la cavité abdominale, créant ainsi une cavité thoracique plus grande et plus d'espace pour les poumons. La contraction des muscles intercostaux externes déplace les côtes vers le haut et vers l'extérieur, provoquant l'expansion de la cage thoracique, ce qui augmente le volume de la cavité thoracique. En raison de la force d'adhérence du liquide pleural, l'expansion de la cavité thoracique oblige également les poumons à s'étirer et à se dilater. Cette augmentation de volume entraîne une diminution de la pression intra-alvéolaire, créant une pression inférieure à la pression atmosphérique. En conséquence, un gradient de pression est créé qui pousse l'air dans les poumons.

Figure\(\PageIndex{3}\) : Inspiration et expiration. L'inspiration et l'expiration se produisent en raison de l'expansion et de la contraction de la cavité thoracique, respectivement.

Le processus d'expiration normal est passif, ce qui signifie qu'aucune énergie n'est nécessaire pour expulser l'air des poumons. Au contraire, l'élasticité du tissu pulmonaire fait reculer le poumon, car le diaphragme et les muscles intercostaux se relâchent sous l'effet de l'inspiration. À leur tour, le volume de la cavité thoracique et des poumons diminue, ce qui entraîne une augmentation de la pression interpulmonaire. La pression interpulmonaire s'élève au-dessus de la pression atmosphérique, créant un gradient de pression qui amène l'air à quitter les poumons.

Il existe différents types ou modes de respiration qui nécessitent un processus légèrement différent pour permettre l'inspiration et l'expiration. La respiration calme, également appelée eupnée, est un mode de respiration qui se produit au repos et ne nécessite pas la pensée cognitive de l'individu. Lors d'une respiration calme, le diaphragme et les intercostaux externes doivent se contracter.

Une respiration profonde, appelée respiration diaphragmatique, nécessite la contraction du diaphragme. Lorsque le diaphragme se détend, l'air quitte passivement les poumons. Une respiration superficielle, appelée respiration costale, nécessite la contraction des muscles intercostaux. Lorsque les muscles intercostaux se relâchent, l'air quitte passivement les poumons.

En revanche, la respiration forcée, également appelée hyperpnée, est un mode de respiration qui peut survenir lors d'un exercice ou d'actions nécessitant une manipulation active de la respiration, comme le chant. Lors de la respiration forcée, l'inspiration et l'expiration sont toutes deux dues à des contractions musculaires. Outre la contraction du diaphragme et des muscles intercostaux, d'autres muscles accessoires doivent également se contracter. Lors de l'inspiration forcée, les muscles du cou, y compris les scalènes, se contractent et soulèvent la paroi thoracique, augmentant ainsi le volume pulmonaire. Lors de l'expiration forcée, les muscles accessoires de l'abdomen, y compris les obliques, se contractent, forçant les organes abdominaux vers le haut contre le diaphragme. Cela aide à pousser le diaphragme plus loin dans le thorax, expulsant ainsi plus d'air. De plus, les muscles accessoires (principalement les intercostaux internes) aident à comprimer la cage thoracique, ce qui réduit également le volume de la cavité thoracique.

Volumes et capacités respiratoires

Le volume respiratoire est le terme utilisé pour désigner divers volumes d'air déplacés par les poumons ou associés à ceux-ci à un moment donné du cycle respiratoire. Il existe quatre principaux types de volumes respiratoires : marée, résiduel, réserve inspiratoire et réserve expiratoire (Figure\(\PageIndex{4}\)). Le volume de marée (TV) est la quantité d'air qui pénètre normalement dans les poumons lors d'une respiration calme, soit environ 500 millilitres. Le volume de réserve expiratoire (ERV) est la quantité d'air que vous pouvez expirer avec force après une expiration normale par marée, jusqu'à 1 200 millilitres pour les hommes. Le volume de réserve inspiratoire (IRV) est produit par une inhalation profonde, après une inspiration marémotrice. Il s'agit du volume supplémentaire qui peut être introduit dans les poumons lors d'une inspiration forcée. Le volume résiduel (VR) est l'air qui reste dans les poumons si vous expirez le plus d'air possible. Le volume résiduel facilite la respiration en empêchant les alvéoles de s'affaisser. Le volume respiratoire dépend de divers facteurs, et la mesure des différents types de volumes respiratoires peut fournir des indices importants sur la santé respiratoire d'une personne.

Figure\(\PageIndex{5}\) : Test de la fonction pulmonaire.

La capacité respiratoire est la combinaison de deux volumes sélectionnés ou plus, qui décrit plus en détail la quantité d'air dans les poumons pendant une période donnée. Par exemple, la capacité pulmonaire totale (TLC) est la somme de tous les volumes pulmonaires (TV, ERV, IRV et RV), qui représente la quantité totale d'air qu'une personne peut retenir dans les poumons après une inhalation forcée. La TLC est d'environ 6 000 ml d'air pour les hommes et d'environ 4 200 ml pour les femmes. La capacité vitale (VC) est la quantité d'air qu'une personne peut introduire dans ou hors de ses poumons, et est la somme de tous les volumes sauf le volume résiduel (TV, ERV et IRV), qui se situe entre 4 000 et 5 000 millilitres. La capacité inspiratoire (IC) est la quantité maximale d'air qui peut être inhalée après une expiration normale par la marée, c'est-à-dire la somme du volume marécageux et du volume de réserve inspiratoire. D'autre part, la capacité résiduelle fonctionnelle (FRC) est la quantité d'air qui reste dans les poumons après une expiration normale des marées ; c'est la somme du volume de réserve expiratoire et du volume résiduel (voir Figure\(\PageIndex{4}\)).

Regardez cette vidéo pour en savoir plus sur les volumes pulmonaires et les spiromètres. Expliquez comment les résultats des tests de spirométrie peuvent être utilisés pour diagnostiquer les maladies respiratoires ou déterminer l'efficacité du traitement des maladies.

Outre l'air qui crée les volumes respiratoires, le système respiratoire contient également un espace mort anatomique, c'est-à-dire de l'air présent dans les voies respiratoires qui n'atteint jamais les alvéoles et ne participe donc jamais aux échanges gazeux. L'espace mort alvéolaire est constitué d'air qui se trouve à l'intérieur des alvéoles et qui est incapable de fonctionner, comme ceux qui sont affectés par une maladie ou un débit sanguin anormal. L'espace mort total est l'espace mort anatomique et l'espace mort alvéolaire réunis et représente tout l'air du système respiratoire qui n'est pas utilisé dans le processus d'échange de gaz.

Fréquence respiratoire et contrôle de la ventilation

La respiration se fait généralement sans réfléchir, bien que vous puissiez parfois la contrôler consciemment, par exemple lorsque vous nagez sous l'eau, chantez une chanson ou soufflez des bulles. La fréquence respiratoire est le nombre total de respirations, ou de cycles respiratoires, qui se produisent chaque minute. La fréquence respiratoire peut être un indicateur important de la maladie, car elle peut augmenter ou diminuer au cours d'une maladie ou d'un état pathologique. La fréquence respiratoire est contrôlée par le centre respiratoire situé dans le bulbe rachidien du cerveau, qui répond principalement aux variations des niveaux de dioxyde de carbone, d'oxygène et de pH dans le sang.

La fréquence respiratoire normale d'un enfant diminue de la naissance à l'adolescence. Un enfant de moins d'un an a un rythme respiratoire normal compris entre 30 et 60 respirations par minute, mais à l'âge de 10 ans environ, le rythme normal se rapproche de 18 à 30. À l'adolescence, le rythme respiratoire normal est similaire à celui des adultes, soit de 12 à 18 respirations par minute.

Centres de contrôle de ventilation

Le contrôle de la ventilation est une interaction complexe entre plusieurs régions du cerveau qui signalent la contraction des muscles utilisés pour la ventilation pulmonaire (Tableau). Le résultat est généralement un taux de ventilation rythmique et constant qui fournit au corps des quantités suffisantes d'oxygène, tout en éliminant de manière adéquate le dioxyde de carbone.

Résumé de la réglementation sur la ventilation
Composant du système	Fonction
Appareil respiratoire médullaire	Définit le rythme de base de la respiration
Groupe respiratoire ventral (VRG)	Génère le rythme respiratoire et intègre les données qui entrent dans la moelle épinière
Groupe respiratoire dorsal (DRG)	Intègre l'entrée des récepteurs d'étirement et des chimiorécepteurs situés à la périphérie
Groupe respiratoire Pontin (PRG)	Influence et modifie les fonctions du bulbe rachidien
Corps aortique	Surveille la PCO ₂, la PO ₂ et le pH du sang
Corps carotidien	Surveille la PCO ₂, la PO ₂ et le pH du sang
Hypothalamus	Surveille l'état émotionnel et la température corporelle
Zones corticales du cerveau	Contrôlez la respiration volontaire
Propriocepteurs	Envoyez des impulsions concernant les mouvements des articulations et des muscles
Réflexes irritants pulmonaires	Protégez les zones respiratoires du système contre les corps étrangers
Reflex d'inflation	Protège les poumons contre le gonflement excessif

Les neurones qui innervent les muscles du système respiratoire sont responsables du contrôle et de la régulation de la ventilation pulmonaire. Les principaux centres cérébraux impliqués dans la ventilation pulmonaire sont le bulbe rachidien et le groupe respiratoire pontin (Figure\(\PageIndex{6}\)).

Figure\(\PageIndex{6}\) : Centres respiratoires du cerveau.

Le bulbe rachidien contient le groupe respiratoire dorsal (DRG) et le groupe respiratoire ventral (VRG). Le DRG participe au maintien d'un rythme respiratoire constant en stimulant la contraction du diaphragme et des muscles intercostaux, ce qui donne lieu à l'inspiration. Lorsque l'activité du DRG cesse, elle ne stimule plus le diaphragme et les intercostaux à se contracter, ce qui leur permet de se détendre et d'entraîner leur expiration. Le VRG est impliqué dans la respiration forcée, car les neurones du VRG stimulent la contraction des muscles accessoires impliqués dans la respiration forcée, ce qui entraîne une inspiration forcée. Le VRG stimule également les muscles accessoires impliqués dans l'expiration forcée pour se contracter.

Le deuxième centre respiratoire du cerveau est situé dans le pont, appelé groupe respiratoire pontin, et comprend les centres apneustique et pneumotaxique. Le centre apneustique est un double groupe de cellules neuronales qui stimulent les neurones du DRG, contrôlant ainsi la profondeur de l'inspiration, en particulier pour la respiration profonde. Le centre pneumotaxique est un réseau de neurones qui inhibe l'activité des neurones du DRG, permettant ainsi la relaxation après l'inspiration et contrôlant ainsi le taux global.

Facteurs influant sur le rythme et la profondeur de la respiration

La fréquence respiratoire et la profondeur de l'inspiration sont régulées par le bulbe rachidien et le pont ; toutefois, ces régions du cerveau le font en réponse à des stimuli systémiques. Il s'agit d'une relation dose-réponse, de rétroaction positive, selon laquelle plus le stimulus est fort, plus la réponse est forte. Ainsi, l'augmentation des stimuli entraîne une respiration forcée. De multiples facteurs systémiques sont impliqués dans la stimulation du cerveau pour produire une ventilation pulmonaire.

Étonnamment, le principal facteur qui incite le bulbe rachidien et le pont à respirer n'est pas la concentration d'oxygène, mais plutôt la concentration de dioxyde de carbone dans le sang. Comme vous vous en souvenez, le dioxyde de carbone est un déchet de la respiration cellulaire et peut être toxique. Les concentrations de substances chimiques sont détectées par des chimiorécepteurs. Un chimiorécepteur central est l'un des récepteurs spécialisés situés dans le cerveau et le tronc cérébral, tandis qu'un chimiorécepteur périphérique est l'un des récepteurs spécialisés situés dans les artères carotides et l'arc aortique. Les changements de concentration de certaines substances, telles que le dioxyde de carbone ou les ions hydrogène, stimulent ces récepteurs, qui à leur tour signalent les centres respiratoires du cerveau. Dans le cas du dioxyde de carbone, lorsque la concentration de CO ₂ dans le sang augmente, il se diffuse facilement à travers la barrière hémato-encéphalique, où il s'accumule dans le liquide extracellulaire. Comme cela sera expliqué plus en détail plus loin, l'augmentation des niveaux de dioxyde de carbone entraîne une augmentation des niveaux d'ions hydrogène, diminuant ainsi le pH. L'augmentation des ions hydrogène dans le cerveau déclenche les chimiorécepteurs centraux qui stimulent les centres respiratoires afin d'initier la contraction du diaphragme et des muscles intercostaux. En conséquence, la vitesse et la profondeur de la respiration augmentent, ce qui permet d'expulser une plus grande quantité de dioxyde de carbone, ce qui amène plus d'air dans et hors des poumons, favorisant ainsi une réduction des taux sanguins de dioxyde de carbone, et donc d'ions hydrogène, dans le sang. En revanche, de faibles taux de dioxyde de carbone dans le sang entraînent de faibles niveaux d'ions hydrogène dans le cerveau, ce qui entraîne une diminution du débit et de la profondeur de la ventilation pulmonaire, provoquant une respiration lente et superficielle.

Les concentrations artérielles systémiques d'ions hydrogène sont un autre facteur qui influence l'activité respiratoire du cerveau. L'augmentation des niveaux de dioxyde de carbone peut entraîner une augmentation des taux de H ⁺, comme mentionné ci-dessus, ainsi que d'autres activités métaboliques, telles que l'accumulation d'acide lactique après un exercice intense. Les chimiorécepteurs périphériques de l'arc aortique et des artères carotides détectent les niveaux artériels d'ions hydrogène. Lorsque les chimiorécepteurs périphériques détectent des niveaux de pH décroissants ou plus acides, ils stimulent une augmentation de la ventilation afin d'éliminer le dioxyde de carbone du sang plus rapidement. L'élimination du dioxyde de carbone du sang aide à réduire les ions hydrogène, augmentant ainsi le pH systémique.

Les taux d'oxygène dans le sang sont également importants pour influencer la fréquence respiratoire. Les chimiorécepteurs périphériques sont chargés de détecter les variations importantes du taux d'oxygène dans le sang. Si le taux d'oxygène dans le sang devient très bas (environ 60 mm Hg ou moins), les chimiorécepteurs périphériques stimulent une augmentation de l'activité respiratoire. Les chimiorécepteurs ne peuvent détecter que les molécules d'oxygène dissoutes, et non l'oxygène lié à l'hémoglobine. Comme vous vous en souvenez, la majeure partie de l'oxygène est liée à l'hémoglobine ; lorsque le taux d'oxygène dissous baisse, l'hémoglobine libère de l'oxygène. Par conséquent, une baisse importante des niveaux d'oxygène est nécessaire pour stimuler les chimiorécepteurs de l'arc aortique et des artères carotides.

L'hypothalamus et d'autres régions cérébrales associées au système limbique jouent également un rôle dans l'influence de la régulation de la respiration en interagissant avec les centres respiratoires. L'hypothalamus et d'autres régions associées au système limbique participent à la régulation de la respiration en réponse aux émotions, à la douleur et à la température. Par exemple, une augmentation de la température corporelle entraîne une augmentation de la fréquence respiratoire. Une sensation d'excitation ou une réaction de combat ou de fuite se traduiront également par une augmentation de la fréquence respiratoire.

TROUBLES DE LA...

Système respiratoire : apnée du sommeil

L'apnée du sommeil est un trouble chronique qui peut survenir chez les enfants ou les adultes et qui se caractérise par l'arrêt de la respiration pendant le sommeil. Ces épisodes peuvent durer plusieurs secondes ou plusieurs minutes, et la fréquence à laquelle ils sont ressentis peut varier. L'apnée du sommeil entraîne un mauvais sommeil, qui se traduit par des symptômes de fatigue, de sieste le soir, d'irritabilité, de problèmes de mémoire et de maux de tête matinaux. De plus, de nombreuses personnes souffrant d'apnée du sommeil ont la gorge sèche le matin après s'être réveillées, ce qui peut être dû à un ronflement excessif.

Il existe deux types d'apnée du sommeil : l'apnée obstructive du sommeil et l'apnée centrale du sommeil. L'apnée obstructive du sommeil est causée par une obstruction des voies respiratoires pendant le sommeil, qui peut survenir à différents endroits des voies respiratoires, selon la cause sous-jacente de l'obstruction. Par exemple, les muscles de la langue et de la gorge de certaines personnes souffrant d'apnée obstructive du sommeil peuvent se détendre excessivement, provoquant une poussée des muscles dans les voies respiratoires. Un autre exemple est l'obésité, qui est un facteur de risque connu d'apnée du sommeil, car un excès de tissu adipeux dans la région du cou peut pousser les tissus mous vers la lumière des voies respiratoires, provoquant ainsi un rétrécissement de la trachée.

En cas d'apnée centrale du sommeil, les centres respiratoires du cerveau ne répondent pas correctement à l'augmentation du taux de dioxyde de carbone et ne stimulent donc pas régulièrement la contraction du diaphragme et des muscles intercostaux. En conséquence, l'inspiration ne se produit pas et la respiration s'arrête pendant une courte période. Dans certains cas, la cause de l'apnée centrale du sommeil est inconnue. Cependant, certaines affections médicales, telles que les accidents vasculaires cérébraux et l'insuffisance cardiaque congestive, peuvent endommager le pont ou le bulbe rachidien. De plus, certains agents pharmacologiques, tels que la morphine, peuvent affecter les centres respiratoires et provoquer une diminution de la fréquence respiratoire. Les symptômes de l'apnée centrale du sommeil sont similaires à ceux de l'apnée obstructive du sommeil.

Un diagnostic d'apnée du sommeil est généralement posé lors d'une étude du sommeil, au cours de laquelle le patient est surveillé dans un laboratoire du sommeil pendant plusieurs nuits. Le taux d'oxygène dans le sang, la fréquence cardiaque, la fréquence respiratoire et la pression artérielle du patient sont surveillés, de même que l'activité cérébrale et le volume d'air inhalé et expiré. Le traitement de l'apnée du sommeil comprend généralement l'utilisation d'un appareil appelé appareil à pression positive continue (CPAP) pendant le sommeil. L'appareil de PPC est doté d'un masque qui couvre le nez, ou le nez et la bouche, et force l'air à pénétrer dans les voies respiratoires à intervalles réguliers. Cet air sous pression peut aider à forcer doucement les voies respiratoires à rester ouvertes, permettant ainsi une ventilation plus normale. Les autres traitements incluent des changements de mode de vie pour perdre du poids, éliminer l'alcool et les autres médicaments favorisant l'apnée du sommeil, et modifier la position du sommeil. En plus de ces traitements, les patients atteints d'apnée centrale du sommeil peuvent avoir besoin d'un supplément d'oxygène pendant le sommeil.

Révision du chapitre

La ventilation pulmonaire est le processus de respiration, qui est provoqué par les différences de pression entre les poumons et l'atmosphère. La pression atmosphérique est la force exercée par les gaz présents dans l'atmosphère. La force exercée par les gaz à l'intérieur des alvéoles est appelée pression intra-alvéolaire (intrapulmonaire), tandis que la force exercée par les gaz dans la cavité pleurale est appelée pression intrapleurale. En général, la pression intrapleurale est inférieure ou négative à la pression intra-alvéolaire. La différence de pression entre les pressions intrapleurales et intra-alvéolaires est appelée pression transpulmonaire. De plus, la pression intra-alvéolaire s'égalisera avec la pression atmosphérique. La pression est déterminée par le volume de l'espace occupé par un gaz et est influencée par la résistance. L'air circule lorsqu'un gradient de pression est créé, d'un espace de pression plus élevée vers un espace de pression plus faible. La loi de Boyle décrit la relation entre le volume et la pression. Un gaz est à une pression plus faible dans un volume plus important parce que les molécules de gaz ont plus d'espace dans lequel elles peuvent se déplacer. La même quantité de gaz dans un volume plus petit entraîne l'entassement des molécules de gaz, ce qui entraîne une augmentation de la pression.

La résistance est créée par les surfaces inélastiques, ainsi que par le diamètre des voies respiratoires. La résistance réduit le flux de gaz. La tension superficielle des alvéoles influence également la pression, car elle s'oppose à l'expansion des alvéoles. Cependant, le surfactant pulmonaire aide à réduire la tension superficielle afin que les alvéoles ne s'affaissent pas pendant l'expiration. La capacité des poumons à s'étirer, appelée compliance pulmonaire, joue également un rôle dans la circulation des gaz. Plus les poumons peuvent s'étirer, plus le volume potentiel des poumons est important. Plus le volume des poumons est important, plus la pression de l'air dans les poumons diminue.

La ventilation pulmonaire consiste en un processus d'inspiration (ou d'inhalation), par lequel l'air entre dans les poumons, et d'expiration (ou expiration), où l'air quitte les poumons. Pendant l'inspiration, le diaphragme et les muscles intercostaux externes se contractent, provoquant l'expansion et le déplacement de la cage thoracique vers l'extérieur, ainsi que l'expansion de la cavité thoracique et du volume pulmonaire. Cela crée une pression dans les poumons plus faible que celle de l'atmosphère, ce qui entraîne l'aspiration de l'air dans les poumons. Pendant l'expiration, le diaphragme et les intercostaux se relâchent, provoquant un recul du thorax et des poumons. La pression de l'air dans les poumons augmente jusqu'à dépasser la pression de l'atmosphère, ce qui provoque l'expulsion de l'air hors des poumons. Cependant, lors d'une expiration forcée, les muscles intercostaux internes et abdominaux peuvent contribuer à expulser l'air des poumons.

Le volume respiratoire décrit la quantité d'air dans un espace donné des poumons, ou qui peut être déplacée par les poumons, et dépend de divers facteurs. Le volume marécital désigne la quantité d'air qui entre dans les poumons lors d'une respiration calme, tandis que le volume de réserve inspiratoire est la quantité d'air qui entre dans les poumons lorsqu'une personne inhale au-delà du volume de marée. Le volume de réserve expiratoire est la quantité d'air supplémentaire qui peut sortir après une expiration forcée, après l'expiration des marées. Le volume résiduel est la quantité d'air qui reste dans les poumons après l'expulsion du volume de réserve expiratoire. La capacité respiratoire est la combinaison de deux volumes ou plus. L'espace mort anatomique fait référence à l'air présent dans les structures respiratoires qui ne participe jamais aux échanges gazeux, car il n'atteint pas les alvéoles fonctionnelles. La fréquence respiratoire est le nombre de respirations prises par minute, qui peut changer au cours de certaines maladies ou affections.

La fréquence et la profondeur respiratoires sont contrôlées par les centres respiratoires du cerveau, qui sont stimulés par des facteurs tels que les modifications chimiques et le pH du sang. Ces changements sont détectés par les chimiorécepteurs centraux, situés dans le cerveau, et les chimiorécepteurs périphériques, situés dans l'arc aortique et les artères carotides. Une augmentation du taux de dioxyde de carbone ou une baisse du taux d'oxygène dans le sang stimule l'augmentation de la fréquence et de la profondeur des voies respiratoires.

Questions sur les liens interactifs

Réponse : Les patients souffrant de troubles respiratoires (tels que l'asthme, l'emphysème, la BPCO, etc.) ont des problèmes de résistance des voies respiratoires et/ou de conformité pulmonaire. Ces deux facteurs peuvent nuire à la capacité du patient à déplacer l'air efficacement. Un test de spirométrie permet de déterminer la quantité d'air que le patient peut introduire dans et hors des poumons. Si les volumes d'air sont faibles, cela peut indiquer que le patient souffre d'une maladie respiratoire ou que le schéma thérapeutique doit être ajusté. Si les chiffres sont normaux, cela signifie que le patient ne présente pas de maladie respiratoire significative ou que le schéma thérapeutique fonctionne comme prévu.

Questions de révision

Q. Dans lequel des processus suivants la pression atmosphérique joue-t-elle un rôle ?

A. ventilation pulmonaire

B. production de surfactant pulmonaire

C. résistance

D. tension superficielle

Réponse : A

Q. Une diminution du volume entraîne une pression (n) ________.

A. Diminution de

B. égalisation des

C. augmentation de

D. zéro

Réponse : C

Q. La différence de pression entre la pression intra-alvéolaire et la pression intrapleurale s'appelle ________.

A. pression atmosphérique

B. pression pulmonaire

C. pression négative

D. pression transpulmonaire

Réponse : D

Q. Le débit de gaz diminue à mesure que ________ augmente.

A. résistance

B. pression

C. diamètre des voies respiratoires

D. friction

Réponse : A

Q. Laquelle des manifestations suivantes se produit en raison de la contraction des muscles intercostaux externes ?

R. Le diaphragme se déplace vers le bas.

B. La cage thoracique est comprimée.

C. Le volume de la cavité thoracique diminue.

D. Les côtes et le sternum se déplacent vers le haut.

Réponse : D

Q. Lequel des éléments suivants empêche les alvéoles de s'effondrer ?

A. volume résiduel

B. volume des marées

C. volume de réserve expiratoire

D. volume de réserve inspiratoire

Réponse : A

Questions sur la pensée critique

Q. Décrivez ce que signifie le terme « observance pulmonaire ».

R. La compliance pulmonaire fait référence à la capacité du tissu pulmonaire à s'étirer sous pression, laquelle est déterminée en partie par la tension superficielle des alvéoles et la capacité du tissu conjonctif à s'étirer. La conformité pulmonaire joue un rôle dans la détermination de l'ampleur des variations de volume des poumons, ce qui contribue à déterminer la pression et le mouvement de l'air.

Q. Décrivez les étapes d'une respiration calme.

R. La respiration calme se produit au repos et sans réflexion active. Lors d'une respiration calme, le diaphragme et les muscles intercostaux externes fonctionnent à des degrés différents, selon la situation. À titre d'inspiration, le diaphragme se contracte, ce qui provoque l'aplatissement et la chute du diaphragme vers la cavité abdominale, ce qui contribue à dilater la cavité thoracique. Les muscles intercostaux externes se contractent également, provoquant l'expansion de la cage thoracique et le déplacement de la cage thoracique et du sternum vers l'extérieur, élargissant également la cavité thoracique. L'expansion de la cavité thoracique provoque également l'expansion des poumons, en raison de l'adhésivité du liquide pleural. En conséquence, la pression à l'intérieur des poumons chute en dessous de celle de l'atmosphère, provoquant une ruée d'air dans les poumons. En revanche, l'expiration est un processus passif. Lorsque le diaphragme et les muscles intercostaux se relâchent, les poumons et les tissus thoraciques reculent et le volume des poumons diminue. Cela provoque une augmentation de la pression dans les poumons au-dessus de celle de l'atmosphère, ce qui fait que l'air quitte les poumons.

Q. Qu'est-ce que la fréquence respiratoire et comment est-elle contrôlée ?

R. La fréquence respiratoire est définie comme le nombre de respirations prises par minute. La fréquence respiratoire est contrôlée par le centre respiratoire, situé dans le bulbe rachidien. La pensée consciente peut modifier la fréquence respiratoire normale par le biais du contrôle des muscles squelettiques, bien qu'il soit impossible de l'arrêter complètement consciemment. Une fréquence respiratoire typique au repos est d'environ 14 respirations par minute.

Lexique

espace mort alvéolaire: espace aérien à l'intérieur des alvéoles qui ne sont pas en mesure de participer à l'échange de gaz

espace mort anatomique: espace aérien présent dans les voies respiratoires qui n'atteint jamais les alvéoles et ne participe donc jamais aux échanges gazeux

centre apneustique: réseau de neurones au sein du pont qui stimulent les neurones du groupe respiratoire dorsal ; contrôle la profondeur de l'inspiration

pression atmosphérique: quantité de force exercée par les gaz présents dans l'air entourant une surface donnée

Loi de Boyle: relation entre le volume et la pression telle que décrite par la formule : P ₁ V ₁ = P ₂ V ₂

chimiorécepteur central: l'un des récepteurs spécialisés situés dans le cerveau qui détecte les variations des concentrations d'ions hydrogène, d'oxygène ou de dioxyde de carbone dans le cerveau

groupe respiratoire dorsal (DRG): région du bulbe rachidien qui stimule la contraction du diaphragme et des muscles intercostaux pour induire l'inspiration

expiration: (également, expiration) processus qui fait que l'air quitte les poumons

volume de réserve expiratoire (ERV): quantité d'air qui peut être exhalée avec force après une expiration normale due à la marée

respiration forcée: (également, hyperpnée) mode de respiration qui se produit pendant l'exercice ou par une pensée active qui nécessite une contraction musculaire à la fois pour l'inspiration et l'expiration

capacité résiduelle fonctionnelle (FRC): somme de l'ERV et du VR, soit la quantité d'air qui reste dans les poumons après l'expiration d'une marée

inspiration: (également, inhalation) processus qui fait pénétrer de l'air dans les poumons

capacité inspiratoire (IC): somme du téléviseur et de l'IRV, qui est la quantité d'air qui peut être inhalée au maximum après l'expiration d'une marée

volume de réserve inspiratoire (IRV): quantité d'air qui pénètre dans les poumons en raison d'une inhalation profonde au-delà du volume de marée

pression intra-alvéolaire: (pression intrapulmonaire) pression de l'air à l'intérieur des alvéoles

pression intrapleurale: pression de l'air dans la cavité pleurale

chimiorécepteur périphérique: l'un des récepteurs spécialisés situés dans l'arc aortique et les artères carotides qui détecte les variations du pH, du dioxyde de carbone ou des taux d'oxygène dans le sang

centre pneumotaxique: réseau de neurones au sein du pont qui inhibe l'activité des neurones du groupe respiratoire dorsal ; contrôle le rythme respiratoire

ventilation pulmonaire: échange de gaz entre les poumons et l'atmosphère ; respiration

respiration silencieuse: (également, eupnée) mode de respiration qui se produit au repos et ne nécessite pas la pensée cognitive de l'individu

volume résiduel (RV): quantité d'air qui reste dans les poumons après expiration maximale

cycle respiratoire: une séquence d'inspiration et d'expiration

fréquence respiratoire: nombre total de respirations prises par minute

volume respiratoire: des quantités variables d'air dans les poumons à un moment donné

conformité de la paroi thoracique: capacité de la paroi thoracique à s'étirer sous pression

volume de marée (TV): quantité d'air qui pénètre normalement dans les poumons lors d'une respiration calme

espace mort total: somme de l'espace mort anatomique et de l'espace mort alvéolaire

capacité pulmonaire totale (TLC): quantité totale d'air pouvant être retenue dans les poumons ; somme de la télévision, de l'ERV, de l'IRV et du VR

pression transpulmonaire: différence de pression entre les pressions intrapleurales et intra-alvéolaires

groupe respiratoire ventral (VRG): région du bulbe rachidien qui stimule la contraction des muscles accessoires impliqués dans la respiration pour provoquer une inspiration et une expiration forcées

Contributeurs et attributions

vital capacity (VC): sum of TV, ERV, and IRV, which is all the volumes that participate in gas exchange

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