8. Mecanique Dynamique

Question 1

1. Dessinez un flux laminaire et un flux turbulent, qu’est ce qui les différencie?

Answer 1

FLUX LAMINAIRE:

• observé lorsque la vitesse du courant est basse. Les couches d’air se déplacent parallèlement à la paroi bronchique, plus rapidement au centre.*
• Le flux obéit à la loi de Poiseuille (qui décrit les caractéristiques de la relation pression-débit d’un flux laminaire à travers un tuyau)*

Dans le cas d’un flux laminaire, la vitesse du courant est relativement basse et sera maximale au centre des couches.

Il est caractérisé par des couches d’air qui s’orientent parallèlement aux parois des bronches.

Les caractéristiques de la relation pression-débit d’un flux laminaire seront décrites par la Loi de Poiseuille :

V= ∆P.π.r⁴ / 8.η.l soit V= ∆P/R.

• ^{Selon cette relation, nous verrons que le débit sera très dépendant (multiplier le rayon par 2 multipliera le débit par 16)}
• ^{Soit R = ∆P/V = 8.η.l /π.r4 donc en cas de diminution du rayon de moitié, la resistance des voies aériennes est multipliée par 16.}

FLUX TURBULENT:

observé lorsque la vitesse du courant est rapide. La désorganisation des couches d’air est complète. La turbulence survient surtout lorsque les voies aériennes sont larges et la vitesse est grande. Jusqu’à la trachée, le flux est turbulent.

Dans le cas d’un flux turbulent la vitesse du courant est très élevée. Le flux turbulent est caractérisé par une désorganisation complète et par la formation de tourbillons.

Un flux turbulent sera décrit par la formule ∆P= K x V².

Dans le flux turbulent, la viscosité est moins importante que dans le flux laminaire. Par contre, une augmentation de densité du gaz va accroître la chute de pression pour un débit donné.

Le nombre de Reynold est le paramètre permettant de déterminer si l’écoulement est laminaire ou turbulent (sans dimension):

Re=2rvd/η

• r=rayon
• v=vitesse moyenne
• d=densité

Si Re >2000, le régime est TURBULENT.

Question 2

2. Quelles bronches contribuent principalement aux résistances des voies aériennes et quels sont les facteurs qui affectent les résistances?

Answer 2

Les bronches qui contribuent principalement aux résistances de voies aériennes sont les bronches segmentaires de taille intermédiaire (jusqu’à la 7^ème génération).

Il y a une diminution importante des résistances des voies aériennes (Raw) au niveau des petites voies aériennes à cause de l’explosion de leur nombre (et de la surface de section totale).

Les facteurs affectant la résistance sont :

• Les volumes pulmonaires : les bronches sont exposées à la traction radiaire des tissus pulmonaires (comme les vaisseaux extra-alvéolaires).
  
  • Lors de l’inflation (haut volume), la pression extérieure (pleurale) diminue de plus en plus et donc la pression transmurale (Pi-Pe) augmente progressivement et entraine l’ouverture des bronches (résistance faible).
    
    • les patients avec des résistances très élevées respirent avec de grand volume pour compenser.
  • à bas volume pulmonaire => constriction et donc une augmentation de la résistance (les petites voies aériennes peuvent être entièrement fermées, surtout à la base du poumon).
• la contraction des fibres musculaire lisse :
  diminue le calibre bronchique et augmente les Raw.
  
  1. Activation parasympathique augmente Raw (anticholinergiques diminuent Raw).
  2. Activation des récepteur ß2-adrénergiques diminue Raw (le stress augmente la ventilation ce qui implique que les voies doivent être grandes ouvertes…).
  3. Une diminution de la PCO_{<strong>2</strong>} dans le gaz alvéolaire entraine une bronchoconstriction directe et donc une augmentation de Raw.
• La densité et la viscosité du gaz: si elles augmentent, on a une augmentation de Raw.
  
  • Exemple : durant la plongée, la densité augmente (suite à l’augmentation de pression) et entraine un augmentation de Raw.
  • A l’inverse, respirer un mélange hélium-O2 diminue les Raw en diminuant la densité.

Question 3

3. A quoi correspond la compression dynamique? Quand peut on l’observer chez le sujet normal, chez le sujet pathologique, et lequel? Quelles en sont les conséquences?

Answer 3

La compression dynamique est un phénomène qui empêche l’augmentation du débit respiratoire même si on continue à augmenter continuellement la pression pleurale. Il y a donc limitation du débit et on dira qu’il est effort indépendant.

Chez un sujet normal:

• durant la pré-inspiration (A), on observera une pression pleurale Ppl = - 5cmH₂O et une pression alvéolaire Palv= 0 car il n’y a pas de débit encore. La pression transmurale Ptrans sera de + 5cm (Palv-Ppl).
• Durant l’inspiration (B), suite à l’augmentation du volume et de la force de rappel élastique, Ppl et Palv chutent au total de 2cmH₂O et donc la Ptrans augmente progressivement (+6 cm H2O).
  
  • N.B. : la chute de Palv sera plus importante dans le cas d’un syndrome obstructif.
• A la fin d’inspiration (C), on atteint la point d’égale pression : Palv=Ppl=0 et donc le débit sera nul. On atteint également la pression pleurale statique (8 cm H2O, pression quand pas de débit).
• Au début de l’expiration forcée (D), Ppl et Palv vont augmenter (Ppl augmente, volume pulmonaire diminue, Palv augmente air explusé des alvéoles). En effet, suite à la chute de pression le long des voies aériennes, Ppl devient supérieure à la pression dans les voies aérienne et Ptrans va diminuer et va devenir négative ce qui entrainera la constriction des voies bronchiques. La compression a lieu et le débit ne peut plus augmenter ! Donc durant tout ce phénomène Raw diminue durant l’inspiration puis augmente durant l’expiration.

La compression dynamique intervient chez le sujet normal durant l’expiration forcée alors que chez le sujet pathologique il peut intervenir durant l’inspiration calme, limitant donc son débit à l’effort. C’est une caractéristique typique de la personne souffrant d’un BPCO : dû à l’augmentation anormale de son Raw, la Ptrans chute beaucoup plus rapidement et entraine une limitation beaucoup plus précoce de son débit. Il ne peut augmenter le débit respiratoire à l’effort.

Cela a comme conséquence qu’il va gonfler progressivement au cours de l’effort car il le temps de revenir à l’équilibre du système. On peut appeler cela l’effet bonhomme michelin. Cela est un facteur responsable d’une augmentation du travail respiratoire, de la dyspnée et de l’arrêt précoce de l’exercice.

Question 4

4. A quoi correspondent le VEMS et la CVF? Quel est leur utilité sur le plan diagnostique? Peut-on les remplacer par la mesure du DEP?

Answer 4

Ces deux valeurs sont mesurées pendant l’expiration forcée.

Le VEMS correspond au « volume expiratoire maximale en 1 seconde » donc au volume maximal expiré en 1 seconde après une inspiration maximale.

Le CVF c’est la « capacité vitale forcée » et correspond au volume total expiré. Débute par une inhalation complète et rapide avec une pose

Ces deux valeurs permettent d’évaluer le débit expiratoire et de calculer le rapport de Tiffeneau (VEMS/CVF).

Normalement, on expire environ 80% de la CV en 1 sec et le rapport de Tiffeneau (VEMS/CVF) est considéré comme normal au dessus de 70%.

Elles permettent de différencier un trouble obstructif d’un trouble restrictif. Le rapport de Tiffeneau sera diminué chez l’obstructif (

Le DEP = débit-mètre de pointe : mesure du débit expiratoire de pointe = débit instantané le plus élevé de la boucle débit-volume expiratoire. Utilisation pour le diagnostic, le monitoring et l’évaluation de la sévérité de l’asthme.

On ne peut remplacer toutes les mesures de VEMS et CVF par le DEP (mesure du débit expiratoire de pointe).

Celui-ci peut être utilisé dans certains diagnostics, le monitoring et l’évaluation de la sévérité de l’asthme. Mais il n’est jamais utilisé pour le BPCO car son évaluation de la sévérité est mauvaise et de même que son intérêt diagnostic. Un DEP peut être normal alors que le sujet est clairement BPCO.

Question 5

(EXTRA TP) Allure courbe débit volume chez restrictif/ obstructif?

Answer 5

BPCO:

• les CPT et CRF très augmentées du sujet BPCO, liées à la perte de rappel élastique du poumon. Le VR est encore plus augmenté (si bien que la CV est diminuée) car outre les modifications du rappel élastique pulmonaire intervient ici du piégeage d’air à bas volume. Notez également le caractère concave vers le haut de la partie expiratoire de la boucle débit-volume chez le BPCO.

Question 6

5. Vous mesurez les pressions inspiratoires maximales du VR et vous obtenez des valeurs à 25% de leur valeur prédite. Pouvez vous détailler ce que vous-vous obtenez lors de la mesure des volumes pulmonaires, du VEMS et de la CVF et de l’examen des gaz du sang?

Answer 6

⬇️Inspiratoire: ⬇️CPT ⬇️CI ⬇️ Cv =

Expiratoire : = VR et CPT

Donc tiffeneau >> 70% VEMS augmente et CVF aussi

Gazs du sang: PO2⬇️, PCO2 ⬆️ et pH ⬇️

La pression pleurale est 75% inférieure aux valeurs prédites, ce qui veut dire que l’augmentation pulmonaire est 75% moins importante que la normale. Les alvéoles vont moins se distendre, la pression alvéolaire sera inférieure à la normale (25% de la normale), le débit d’air inspiré sera moins importante.

La CVF sera fortement diminuée, ainsi que le VEMS. La ventilation sera affaiblie ce qui traduira une augmentation de la PaCO2 et une diminution de la PaO2.

Question 7

La résistance de l’arbre trachéobronchique pendant une respiration calme représente…

Answer 7

… 60% des résistances totales aériennes.

Les résistances liées à la cage thoracique entre 40-19%.

Question 8

La résistance de l’arbre trachéobronchique représente….

Answer 8

… environ 60% des résistances totales des voies aériennes.

Question 9

Les résistances liées à la cage thoracique représentent…

Answer 9

…40% ou 19% des résistances respiratoires totales pendant une respiration buccale ou nasal

Question 11

VEMS : volume expiré maximal en une seconde ?

Answer 11

Il s’agit du volume maximal expiré en une seconde après une inspiration forcée. Il permet d’évaluer le débit expiratoire lors d’une expiration forcée. Il peut être diminué chez l’emphysémateux (moins de rappel élastique du poumon)

Question 12

CVF : capacité vitale forcée ?

Answer 12

C’est le volume total expiré après une expiration forcée. Elle commence avec une inhalation complète et rapide avec une pause de moins d’une seconde suivie par une expiration maximale de plus de 6 secondes.

Utilité diagnostique : rapport entre les 2 mesures (= Tiffenau) qui permet de différentier les troubles obstructifs 0,7.

Question 13

DEP : débit expiratoire de pointe ?

Answer 13

C’est le débit instantané le plus élevé de la boucle débit-volume expiratoire. On utilise cette mesure pour mesurer la sévérité de l’asthme mais pas dans la BPCO car sa relation avec la sévérité est mauvaise de même que son intérêt diagnostic. Le DEP peut être dans les limites de la normale alors que le patient est BPCO.

Question 14

La mesure des Pressions alvéolaires (Palv et Pao) se fait par…

Answer 14

… pletysmographe corporel

Question 15

Le débit se mesure par…

Answer 15

… pneumotachographe