7. Mécanique statique Flashcards
I. Dessinez et superposez les courbes pression-volume du poumon, de la cage thoracique et du système respiratoire d’un sujet normal. Indiquez les positions de relaxation et les volumes. Sur l’échelle des volumes, positionnez les CPT et CRF d’un patient souffrant d’emphysème et d’un patient souffrant de fibrose et expliquez les mécanismes du changement. Montrez à quoi correspondent les compliances du poumon, de la cage thoracique et du système respiratoire.
Courbe pression-volume du poumon isolé :
• Au VR, le volume d’équilibre du poumon n’est pas encore atteint, il existe encore un rappel élastique.
• A 50% de la capacité vitale (soit environ la CRF), le rappel élastique est plus grand.
• A la CPT, le rappel élastique est maximal, normalement de l’ordre de 30 cm H2O.
En résumé : il y aura toujours du rappel élastique au niveau du poumon isolé, étant donné que même le VR est au-dessus de l’équilibre élastique du poumon.
Courbe pression-volume de la cage thoracique isolée :
• Le point d’équilibre de la cage thoracique isolée (0 cm H2O), sa position de relaxation, se trouve à environ 60% de la capacité vitale (CV).
• Lors de sa compression au VR, la cage thoracique exerce un recul élastique vers sa position de relaxation qui se traduit par une pression négative.
• Lors de son expansion à la CPT, elle exerce un rappel élastique vers la position de relaxation qui se traduit par une pression positive.
La courbe pression-volume du système respiratoire est la combinaison des courbes du poumon et de la cage thoracique. La pression de rappel élastique du système respiratoire est la somme des pressions de rappel élastique du poumon et de la cage thoracique.
La CRF constitue un équilibre entre le rappel élastique du poumon et le recul élastique de la cage thoracique. La CPT est un équilibre entre le rappel croissant du système respiratoire et la forces des muscles inspiratoires qui diminue avec le volume. Le VR est un équilibre entre le recul élastique de la cage thoracique (qui augmente lorsque le volume diminue) et la force des muscles expiratoires qui diminue. Le phénomène de trappage de l’air lors de la fermeture des voies aériennes intervient également à ce niveau.
Lors de l’expiration, les muscles expiratoires devront donc, par leur contraction, vaincre le recul élastique de la cage thoracique. A l’inverse, lors de l’inspiration (au-dessus du volume de relaxation), les muscles inspiratoires devront vaincre le rappel élastique du poumon et de la cage thoracique. A la CRF, la pression de rappel élastique du système est nulle, car le recul de la cage égale le rappel du poumon (somme nulle).
La compliance est la relation liant les changements de volume et les changements de pression : C = DV/DP. C’est une caractéristique statique du système respiratoire, illustrée par la pente dans une courbe pression – volume. Or on sait que cette relation entre variations de pression et de volume n’est pas constante au cours du cycle respiratoire. Par convention, on mesure donc la compliance entre la CRF et la CRF + 1L (on la mesure généralement pendant l’expiration, les mesures étant alors plus reproductibles). Pour un poumon normal, la compliance du système respiratoire est d’environ 100 mL/cm H2O (Attention : 1/CRS = 1/CL + 1/CW).
Dans le cas d’un emphysème, le rappel élastique du poumon diminue (destruction du tissu). Or la CPT dépend de l’équilibre entre la force des muscles inspiratoires et le rappel élastique : la CPT est donc augmentée pour un emphysémateux, sa force musculaire étant restée inchangée pour un rappel élastique plus faible. Le VR est fortement augmenté chez ce malade (diminution de rappel élastique du poumon mais également intervention de la fermeture des voies aériennes à bas volume avec « trappage » aérien). L’augmentation du VR étant cependant plus importante que l’augmentation de la CPT, la CV du malade diminue (CPT – VR). Il faut également noter que la CRF et la compliance pulmonaire seront augmentées chez un emphysémateux.
Pour un patient atteint de fibrose pulmonaire, c’est l’inverse : le rappel élastique est plus important, la compliance est plus faible et la CPT ainsi que la CRF sont diminuées.
II. Les différences régionales de ventilation changent entre la CRF et le VR. Dans quelle direction et pourquoi ?
CRF :
• La partie inférieure des poumons est exposée à une pression négative moins élevée (liée au poids du poumon), et est donc moins inflatée. Cette partie inférieure se trouve sur une partie plus pentue de la relation pression-volume, ce qui signifie une compliance plus élevée et une plus grande augmentation de volume lors de l’inspiration (la variation de la pression pleurale étant partout égale lors de l’inspiration : - 5 mm Hg).
• La partie haute des poumons est exposée à une pression négative plus élevée, et est donc plus inflatée. Cette partie supérieure se trouve sur une partie moins pentue de la relation pression-volume, ce qui signifie une compliance plus basse et une moins grande augmentation de volume lors de l’inspiration.
• La partie la moins inflatée du poumon est donc paradoxalement celle qui est la plus ventilée.
VR :
• A bas volume pulmonaire, la pression pleurale est moins négative mais la différence entre l’apex et la base persiste (poids du poumon).
• A la base, la pression pleurale est maintenant supérieure à la pression atmosphérique : le poumon est comprimé, les voies aériennes sont collabées (airway closure) et il n’y a pas de déplacement d’air lors de petites inspirations.
• L’apex est sur la partie pentue de la courbe et est donc bien ventilée.
• La distribution normale de la ventilation est donc changée.
Les différences régionales de ventilation entre la base et le sommet pulmonaire s’inversent entre la CRF et le VR pour des raisons de différences de compliance pulmonaire.
III. Que veut dire « airway closure » ? Quel est son mécanisme de développement et chez qui (normaux ? malades ?) peut-il servir ?
La fermeture des voies aériennes, surtout au niveau des bronchioles respiratoires, survient chez une personne saine uniquement à bas volume pulmonaire, à proximité du volume résiduel.
Avec l’âge, le rappel élastique devient moins important, et la pression pleurale diminue : la fermeture des voies respiratoires intervient pour des volumes proches de la CRF. Dans ces conditions, les parties inférieures du poumon ne sont pas toujours ventilées (apparition d’inégalités ventilation-perfusion). La même chose se produit chez le patient emphysémateux.
Le volume en dessous duquel apparait un certain niveau de fermeture des voies aériennes (airway closure) avec sous-ventilation totale ou relative dans les parties dépendantes du poumon est appelé « closing capacity ». Le closing volume correspond à la closing capacity dont on soustrait le VR.
Avec l’âge, la « closing capacity » augmente, car les bronches se ferment plus rapidement. La closing capacity peut alors excéder la CRF en position debout, ce qui signifie que des voies aériennes sont fermées pendant la respiration calme dans les parties dépendantes du poumon. Il y a également un effet de la position : la position couchée s’accompagne d’une baisse de CRF6 et la closing capacity excède déjà la CRF chez l’adulte moyen couché. C’est un facteur important de baisse de la PaO2 avec l’âge.
IV. Un prématuré développe un syndrome de détresse respiratoire. Quelles sont les anomalies pulmonaires à l’origine de cet état et quels sont les mécanismes de développement de cette insuffisance respiratoire ?
Les prématurés manquent de surfactant et peuvent développer un syndrome de détresse respiratoire par 3 mécanismes liés au manque de surfactant :
• Une compliance diminuée car le surfactant diminue la tension de surface de manière drastique et améliore la compliance.
• De l’atélectasie car le surfactant assure la stabilité des alvéoles en “égalisant” les pressions entre les alvéoles.
• De l’œdème alvéolaire car le surfactant minimise la transsudation de liquide en évitant une pression interstitielle trop basse.
