Pour un apnéiste, les poumons sont le principal « outil de travail » (après le cerveau, bien sûr), il est donc important pour nous de comprendre la structure des poumons et l'ensemble du processus respiratoire. Habituellement, lorsque nous parlons de respiration, nous entendons la respiration externe ou la ventilation des poumons - le seul processus perceptible pour nous dans la chaîne respiratoire. Et nous devons commencer à envisager de respirer avec.

Structure des poumons et de la poitrine

Les poumons sont un organe poreux, semblable à une éponge, rappelant dans sa structure une grappe de bulles individuelles ou une grappe de raisin avec un grand nombre de baies. Chaque « baie » est une alvéole pulmonaire (vésicule pulmonaire) - l'endroit où se produit la fonction principale des poumons - l'échange gazeux. Entre l’air des alvéoles et le sang se trouve une barrière air-sang formée par les parois très fines des alvéoles et du capillaire sanguin. C'est à travers cette barrière que se produit la diffusion des gaz : l'oxygène pénètre dans le sang par les alvéoles et le dioxyde de carbone pénètre dans les alvéoles par le sang.

L'air pénètre dans les alvéoles par les voies respiratoires - la trochée, les bronches et les bronchioles plus petites, qui se terminent par les sacs alvéolaires. La ramification des bronches et des bronchioles forme les lobes (le poumon droit a 3 lobes, le poumon gauche a 2 lobes). En moyenne, il y a environ 500 à 700 millions d'alvéoles dans les deux poumons, dont la surface respiratoire varie de 40 m2 à l'expiration à 120 m2 à l'inspiration. Dans ce cas, un plus grand nombre d’alvéoles sont situées dans les parties inférieures des poumons.

Les bronches et la trachée ont une base cartilagineuse dans leurs parois et sont donc assez rigides. Les bronchioles et les alvéoles ont des parois molles et peuvent donc s'effondrer, c'est-à-dire se coller les unes aux autres, comme un ballon dégonflé, si une certaine pression d'air n'y est pas maintenue. Pour éviter que cela ne se produise, les poumons sont comme un seul organe, recouvert de tous côtés de plèvre - une membrane solide et hermétiquement fermée.

La plèvre a deux couches – deux feuilles. Une feuille est étroitement adjacente à la surface interne de la poitrine dure, l'autre entoure les poumons. Entre eux se trouve une cavité pleurale dans laquelle une pression négative est maintenue. Grâce à cela, les poumons sont redressés. La pression négative dans la fissure pleurale est causée par la traction élastique des poumons, c'est-à-dire le désir constant des poumons de réduire leur volume.

La traction élastique des poumons est causée par trois facteurs :
1) l'élasticité du tissu des parois des alvéoles en raison de la présence de fibres élastiques dans celles-ci
2) tonus des muscles bronchiques
3) tension superficielle du film liquide recouvrant la surface interne des alvéoles.

La structure rigide de la poitrine est constituée de côtes, flexibles grâce au cartilage et aux articulations, attachées à la colonne vertébrale et aux articulations. Grâce à cela, la poitrine augmente et diminue son volume, tout en conservant la rigidité nécessaire à la protection des organes situés dans la cavité thoracique.

Pour inspirer de l'air, nous devons créer une pression dans les poumons inférieure à la pression atmosphérique et pour expirer, elle est plus élevée. Ainsi, pour l'inspiration, il est nécessaire d'augmenter le volume de la poitrine, pour l'expiration, une diminution du volume. En fait, la majeure partie de l'effort respiratoire est consacrée à l'inspiration ; dans des conditions normales, l'expiration est effectuée en raison des propriétés élastiques des poumons.

Le muscle respiratoire principal est le diaphragme - une cloison musculaire en forme de dôme entre la cavité thoracique et la cavité abdominale. Classiquement, sa bordure peut être tracée le long du bord inférieur des nervures.

Lors de l'inspiration, le diaphragme se contracte, s'étirant activement vers les organes internes inférieurs. Dans ce cas, les organes incompressibles de la cavité abdominale sont poussés vers le bas et sur les côtés, étirant les parois de la cavité abdominale. Lors d'une inspiration silencieuse, le dôme du diaphragme descend d'environ 1,5 cm et la taille verticale de la cavité thoracique augmente en conséquence. Dans le même temps, les côtes inférieures divergent quelque peu, augmentant ainsi la circonférence de la poitrine, ce qui est particulièrement visible dans les parties inférieures. Lorsque vous expirez, le diaphragme se détend passivement et est tiré vers le haut par les tendons qui le maintiennent dans son état calme.

Outre le diaphragme, les muscles intercostaux et intercartilagineux obliques externes participent également à l'augmentation du volume de la poitrine. À la suite de la montée des côtes, le sternum avance et les parties latérales des côtes se déplacent sur les côtés.

Lors d'une respiration très profonde et intense ou lorsque la résistance à l'inhalation augmente, un certain nombre de muscles respiratoires auxiliaires sont impliqués dans le processus d'augmentation du volume de la poitrine, ce qui peut soulever les côtes : scalènes, grands et petits pectoraux et grand dentelé antérieur. Les muscles auxiliaires de l'inspiration comprennent également les muscles qui prolongent la colonne thoracique et fixent la ceinture scapulaire lorsqu'ils sont soutenus par les bras repliés (trapèze, rhomboïde, releveur de l'omoplate).

Comme mentionné ci-dessus, une inspiration calme se produit passivement, presque sur fond de relaxation des muscles inspiratoires. Avec une expiration active et intense, les muscles de la paroi abdominale se « connectent », ce qui entraîne une diminution du volume de la cavité abdominale et une augmentation de la pression dans celle-ci. La pression est transférée au diaphragme et le soulève. En raison de la réduction Les muscles intercostaux obliques internes abaissent les côtes et rapprochent leurs bords.

Mouvements respiratoires

Dans la vie ordinaire, après s'être observé soi-même et ses amis, on peut observer à la fois la respiration, assurée principalement par le diaphragme, et la respiration, assurée principalement par le travail des muscles intercostaux. Et cela reste dans les limites normales. Les muscles de la ceinture scapulaire sont plus souvent sollicités en cas de maladie grave ou de travail intense, mais presque jamais chez les personnes relativement en bonne santé et dans un état normal.

On pense que la respiration, assurée principalement par les mouvements du diaphragme, est plus caractéristique des hommes. Normalement, l'inspiration s'accompagne d'une légère saillie de la paroi abdominale et l'expiration s'accompagne d'une légère rétraction. C’est le type de respiration abdominale.

Chez la femme, le type de respiration le plus courant est le type thoracique, qui est assuré principalement par le travail des muscles intercostaux. Cela peut être dû à la préparation biologique de la femme à la maternité et, par conséquent, à des difficultés respiratoires abdominales pendant la grossesse. Avec ce type de respiration, les mouvements les plus visibles sont effectués par le sternum et les côtes.

La respiration, dans laquelle les épaules et les clavicules bougent activement, est assurée par le travail des muscles de la ceinture scapulaire. La ventilation des poumons est inefficace et n’affecte que les apex des poumons. Par conséquent, ce type de respiration est appelé apical. Dans des conditions normales, ce type de respiration ne se produit pratiquement pas et est utilisé soit lors de certaines gymnastiques, soit se développe dans des maladies graves.

En apnée, nous pensons que la respiration abdominale ou la respiration abdominale est la plus naturelle et la plus productive. On dit la même chose lors de la pratique du yoga et du pranayama.

D’abord parce qu’il y a plus d’alvéoles dans les lobes inférieurs des poumons. Deuxièmement, les mouvements respiratoires sont associés à notre système nerveux autonome. La respiration abdominale active le système nerveux parasympathique – la pédale de frein du corps. La respiration thoracique active le système nerveux sympathique – la pédale d'accélérateur. Avec une respiration apicale active et prolongée, une surstimulation du système nerveux sympathique se produit. Cela fonctionne dans les deux sens. C’est ainsi que les personnes paniquées respirent toujours avec la respiration apicale. Et vice versa, si vous respirez calmement avec le ventre pendant un certain temps, le système nerveux se calme et tous les processus ralentissent.

Volumes pulmonaires

Lors d'une respiration calme, une personne inspire et expire environ 500 ml (de 300 à 800 ml) d'air, ce volume d'air est appelé volume courant. En plus du volume courant normal, avec une inspiration la plus profonde possible, une personne peut inhaler environ 3 000 ml d'air - c'est volume de réserve inspiratoire. Après une expiration normale et calme, une personne ordinaire en bonne santé, en tendant les muscles expiratoires, est capable de « presser » environ 1 300 ml d'air supplémentaires des poumons - cela volume de réserve expiratoire.

La somme de ces volumes est capacité vitale des poumons (VC): 500 ml + 3000 ml + 1300 ml = 4800 ml.

Comme nous le voyons, la nature nous a préparé une réserve presque décuplée de capacité à « pomper » l'air à travers les poumons.

Le volume courant est une expression quantitative de la profondeur de la respiration. La capacité vitale des poumons détermine le volume maximum d’air qui peut être introduit ou retiré des poumons au cours d’une inspiration ou d’une expiration. La capacité vitale moyenne des poumons chez les hommes est de 4 000 à 5 500 ml, chez les femmes de 3 000 à 4 500 ml. L'entraînement physique et divers étirements de la poitrine peuvent augmenter la CV.

Après une expiration profonde et maximale, il reste environ 1 200 ml d'air dans les poumons. Ce - volume résiduel. La majeure partie ne peut être retirée des poumons qu'avec un pneumothorax ouvert.

Le volume résiduel est déterminé principalement par l'élasticité du diaphragme et des muscles intercostaux. Augmenter la mobilité de la poitrine et réduire le volume résiduel est une tâche importante lors de la préparation à la plongée à de grandes profondeurs. Les plongées en dessous du volume résiduel pour une personne ordinaire non formée sont des plongées à une profondeur supérieure à 30-35 mètres. L’un des moyens les plus populaires d’augmenter l’élasticité du diaphragme et de réduire le volume pulmonaire résiduel consiste à effectuer régulièrement un uddiyana bandha.

La quantité maximale d’air pouvant être retenue dans les poumons est appelée capacité pulmonaire totale, il est égal à la somme du volume résiduel et de la capacité vitale des poumons (dans l'exemple utilisé : 1200 ml + 4800 ml = 6000 ml).

Le volume d'air dans les poumons à la fin d'une expiration silencieuse (avec les muscles respiratoires détendus) est appelé capacité résiduelle fonctionnelle des poumons. Il est égal à la somme du volume résiduel et du volume de réserve expiratoire (dans l'exemple utilisé : 1200 ml + 1300 ml = 2500 ml). La capacité résiduelle fonctionnelle des poumons est proche du volume d’air alvéolaire avant le début de l’inspiration.

La ventilation est déterminée par le volume d'air inhalé ou expiré par unité de temps. Habituellement mesuré volume respiratoire minute. La ventilation des poumons dépend de la profondeur et de la fréquence de la respiration, qui au repos varie de 12 à 18 respirations par minute. Le volume respiratoire minute est égal au produit du volume courant et de la fréquence respiratoire, c'est-à-dire environ 6-9 l.

Pour évaluer les volumes pulmonaires, la spirométrie est utilisée - une méthode d'étude de la fonction de la respiration externe, qui comprend la mesure des paramètres de volume et de vitesse de respiration. Nous recommandons cette étude à toute personne envisageant de se lancer sérieusement dans l’apnée.

L'air se trouve non seulement dans les alvéoles, mais aussi dans les voies respiratoires. Ceux-ci incluent la cavité nasale (ou la bouche lors de la respiration orale), le nasopharynx, le larynx, la trachée et les bronches. L'air présent dans les voies respiratoires (à l'exception des bronchioles respiratoires) ne participe pas aux échanges gazeux. Par conséquent, la lumière des voies respiratoires est appelée espace mort anatomique. Lorsque vous inspirez, les dernières portions d'air atmosphérique pénètrent dans l'espace mort et, sans changer sa composition, en sortent lorsque vous expirez.

Le volume de l'espace mort anatomique est d'environ 150 ml, soit environ 1/3 du volume courant lors d'une respiration calme. Ceux. sur 500 ml d’air inhalé, seuls 350 ml environ pénètrent dans les alvéoles. À la fin d'une expiration tranquille, il y a environ 2 500 ml d'air dans les alvéoles, donc à chaque respiration calme, seulement 1/7 de l'air alvéolaire est renouvelé.

• < Retour

Fréquence respiratoire - le nombre d'inspirations et d'expirations par unité de temps. Un adulte effectue en moyenne 15 à 17 mouvements respiratoires par minute. La formation est d'une grande importance. Chez les personnes entraînées, les mouvements respiratoires se produisent plus lentement et s'élèvent à 6 à 8 respirations par minute. Ainsi, chez les nouveau-nés, la RR dépend de plusieurs facteurs. En position debout, le RR est plus important qu'en position assise ou couchée. Pendant le sommeil, la respiration est moins fréquente (d'environ 1/5).

Pendant le travail musculaire, la respiration augmente de 2 à 3 fois, atteignant 40 à 45 cycles par minute ou plus dans certains types d'exercices sportifs. La fréquence respiratoire est affectée par la température ambiante, les émotions et le travail mental.

Profondeur de respiration ou volume courant - la quantité d'air qu'une personne inspire et expire pendant une respiration calme. Lors de chaque mouvement respiratoire, 300 à 800 ml d'air sont échangés dans les poumons. Le volume courant (TV) diminue avec l'augmentation de la fréquence respiratoire.

Volume respiratoire minute- la quantité d'air qui traverse les poumons par minute. Elle est déterminée par le produit de la quantité d'air inhalé et du nombre de mouvements respiratoires en 1 minute : MOD = DO x RR.

Chez un adulte, la MOD est de 5 à 6 litres. Les changements liés à l'âge des paramètres de respiration externe sont présentés dans le tableau. 27.

Tableau 27. Indicateurs de respiration externe (selon : Khripkova, 1990)

La respiration d'un nouveau-né est rapide, superficielle et sujette à des fluctuations importantes. Avec l'âge, on observe une diminution de la fréquence respiratoire, une augmentation du volume courant et de la ventilation pulmonaire. En raison de leur fréquence respiratoire plus élevée, les enfants ont un volume respiratoire minute nettement plus élevé (calculé pour 1 kg de poids) que les adultes.

La ventilation peut varier en fonction du comportement de l'enfant. Au cours des premiers mois de la vie, l'anxiété, les pleurs et les cris augmentent la ventilation de 2 à 3 fois, principalement en raison d'une augmentation de la profondeur de la respiration.

Le travail musculaire augmente le volume infime de respiration proportionnellement à l'ampleur de la charge. Plus les enfants sont âgés, plus ils peuvent effectuer un travail musculaire intense et plus leur ventilation augmente. Cependant, sous l'influence de la formation, le même travail peut être effectué avec une moindre augmentation de la ventilation. Dans le même temps, les enfants entraînés sont capables d’augmenter leur volume respiratoire infime lorsqu’ils travaillent à un niveau plus élevé que leurs pairs qui ne pratiquent pas d’exercice physique (extrait de : Markossian, 1969). Avec l'âge, l'effet de l'entraînement est plus prononcé et chez les adolescents de 14 à 15 ans, l'entraînement provoque les mêmes modifications significatives de la ventilation pulmonaire que chez les adultes.

Capacité vitale des poumons- la plus grande quantité d'air pouvant être expirée après une inspiration maximale. La capacité vitale (CV) est une caractéristique fonctionnelle importante de la respiration et est composée du volume courant, du volume de réserve inspiratoire et du volume de réserve expiratoire.

Au repos, le volume courant est faible par rapport au volume total d’air dans les poumons. Par conséquent, une personne peut à la fois inspirer et expirer un volume supplémentaire important. Volume de réserve inspiratoire(RO ind) - la quantité d'air qu'une personne peut inhaler en plus après une inhalation normale et est de 1 500 à 2 000 ml. Volume de réserve expiratoire(expiration PO) - la quantité d'air qu'une personne peut expirer en plus après une expiration silencieuse ; sa taille est de 1 000 à 1 500 ml.

Même après l'expiration la plus profonde, une certaine quantité d'air reste dans les alvéoles et les voies respiratoires des poumons. volume résiduel(OO). Cependant, lors d'une respiration calme, il reste beaucoup plus d'air dans les poumons que le volume résiduel. La quantité d'air restant dans les poumons après une expiration silencieuse est appelée capacité résiduelle fonctionnelle(ENNEMI). Il se compose du volume pulmonaire résiduel et du volume de réserve expiratoire.

La plus grande quantité d’air qui remplit complètement les poumons est appelée capacité pulmonaire totale (CCM). Il comprend le volume d'air résiduel et la capacité vitale des poumons. La relation entre les volumes et les capacités pulmonaires est présentée dans la Fig. 8 (Atl., p. 169). La capacité vitale évolue avec l'âge (tableau 28). Étant donné que la mesure de la capacité vitale des poumons nécessite la participation active et consciente de l'enfant lui-même, elle est mesurée chez les enfants de 4 à 5 ans.

Vers l'âge de 16-17 ans, la capacité vitale des poumons atteint des valeurs caractéristiques d'un adulte. La capacité vitale des poumons est un indicateur important du développement physique.

Tableau 28. Capacité vitale moyenne des poumons, ml (selon : Khripkova, 1990)

De l'enfance jusqu'à 18-19 ans, la capacité vitale des poumons augmente, de 18 à 35 ans elle reste à un niveau constant et après 40 ans elle diminue. Cela est dû à une diminution de l’élasticité des poumons et de la mobilité de la poitrine.

La capacité vitale des poumons dépend d’un certain nombre de facteurs, notamment de la taille, du poids et du sexe. Pour évaluer la capacité vitale, la valeur appropriée est calculée à l'aide de formules spéciales :

pour hommes:

VC devrait = [(hauteur, cm∙ 0,052)] - [(âge, années ∙ 0,022)] - 3,60;

pour femme:

VC devrait = [(hauteur, cm∙ 0,041)] - [(âge, années ∙ 0,018)] - 2,68;

pour les garçons de 8 à 10 ans :

VC devrait = [(hauteur, cm∙ 0,052)] - [(âge, années ∙ 0,022)] - 4,6;

pour les garçons de 13 à 16 ans :

VC devrait = [(hauteur, cm∙ 0,052)] - [(âge, années ∙ 0,022)] - 4,2

pour les filles de 8 à 16 ans :

VC devrait = [(hauteur, cm∙ 0,041)] - [(âge, années ∙ 0,018)] - 3,7

Les femmes ont une capacité vitale inférieure de 25 % à celle des hommes ; chez les personnes formées, il est plus grand que chez les personnes non formées. Il est particulièrement élevé lors de la pratique de sports tels que la natation, la course, le ski, l'aviron, etc. Ainsi, par exemple, pour les rameurs, il est de 5 500 ml, pour les nageurs - 4 900 ml, les gymnastes - 4 300 ml, les footballeurs - 4 200 ml, les haltérophiles. - environ 4 000 ml. Pour déterminer la capacité vitale des poumons, un appareil spiromètre (méthode de spirométrie) est utilisé. Il se compose d'un récipient contenant de l'eau et d'un autre récipient d'une capacité d'au moins 6 litres placé à l'envers et contenant de l'air. Un système de tubes est relié au fond de cette deuxième cuve. Le sujet respire à travers ces tubes, de sorte que l'air dans ses poumons et dans le vaisseau forme un seul système.

Échange de gaz

Teneur en gaz dans les alvéoles. Pendant l'acte d'inspiration et d'expiration, une personne ventile constamment les poumons, maintenant la composition gazeuse dans les alvéoles. Une personne inhale de l'air atmosphérique avec une teneur élevée en oxygène (20,9 %) et une faible teneur en dioxyde de carbone (0,03 %). L'air expiré contient 16,3 % d'oxygène et 4 % de dioxyde de carbone. Lorsque vous inspirez, sur 450 ml d'air atmosphérique inhalé, seulement 300 ml environ pénètrent dans les poumons, et environ 150 ml restent dans les voies respiratoires et ne participent pas aux échanges gazeux. Lorsque vous expirez, qui suit l’inspiration, cet air est expulsé inchangé, c’est-à-dire qu’il ne diffère pas par sa composition de l’air atmosphérique. C'est pour ça qu'on l'appelle air mort, ou nocif, espace. L'air qui atteint les poumons est ici mélangé aux 3000 ml d'air déjà présents dans les alvéoles. Le mélange gazeux présent dans les alvéoles impliqué dans les échanges gazeux est appelé air alvéolaire. La portion d’air entrant est petite par rapport au volume auquel elle est ajoutée, le renouvellement complet de tout l’air dans les poumons est donc un processus lent et intermittent. L'échange entre l'air atmosphérique et l'air alvéolaire a peu d'effet sur l'air alvéolaire et sa composition reste pratiquement constante, comme le montre le tableau. 29.

Tableau 29. Composition de l'air inhalé, alvéolaire et expiré, en %

En comparant la composition de l'air alvéolaire avec la composition de l'air inhalé et expiré, il apparaît clairement que le corps retient un cinquième de l'oxygène entrant pour ses besoins, tandis que la quantité de CO 2 dans l'air expiré est 100 fois supérieure à la quantité qui pénètre dans l’organisme lors de l’inhalation. Comparé à l'air inhalé, il contient moins d'oxygène, mais plus de CO 2. L'air alvéolaire entre en contact étroit avec le sang et la composition gazeuse du sang artériel dépend de sa composition.

Les enfants ont une composition différente de l'air expiré et de l'air alvéolaire : plus les enfants sont jeunes, plus leur pourcentage de dioxyde de carbone est faible et plus le pourcentage d'oxygène dans l'air expiré et alvéolaire est élevé, respectivement, plus le pourcentage d'oxygène utilisé est faible (Tableau 30). . Par conséquent, les enfants ont une faible efficacité de la ventilation pulmonaire. Ainsi, pour un même volume d’oxygène consommé et de dioxyde de carbone libéré, un enfant a besoin de ventiler davantage ses poumons que les adultes.

Tableau 30. Composition de l'air expiré et alvéolaire
(données moyennes pour : Chalkov, 1957 ; comp. Par: Markossian, 1969)

Étant donné que les jeunes enfants respirent fréquemment et peu profondément, une grande proportion du volume courant est le volume de l’espace « mort ». En conséquence, l’air expiré est davantage constitué d’air atmosphérique et contient un pourcentage plus faible de dioxyde de carbone et un pourcentage plus faible d’oxygène utilisé à partir d’un volume respiratoire donné. En conséquence, l’efficacité de la ventilation chez les enfants est faible. Malgré l'augmentation du pourcentage d'oxygène dans l'air alvéolaire par rapport aux adultes chez les enfants, ce n'est pas significatif, puisque 14 à 15 % d'oxygène dans les alvéoles sont suffisants pour saturer complètement l'hémoglobine du sang. Une quantité d'oxygène supérieure à celle fixée par l'hémoglobine ne peut pas passer dans le sang artériel. Le faible niveau de dioxyde de carbone dans l'air alvéolaire chez les enfants indique sa teneur plus faible dans le sang artériel par rapport aux adultes.

Échange de gaz dans les poumons. Les échanges gazeux dans les poumons résultent de la diffusion de l’oxygène de l’air alvéolaire dans le sang et du dioxyde de carbone du sang vers l’air alvéolaire. La diffusion se produit en raison de la différence entre la pression partielle de ces gaz dans l'air alvéolaire et leur saturation dans le sang.

Pression partielle- c'est la partie de la pression totale qui représente la part d'un gaz donné dans le mélange gazeux. La pression partielle d'oxygène dans les alvéoles (100 mmHg) est nettement supérieure à la tension d'O2 dans le sang veineux entrant dans les capillaires des poumons (40 mmHg). Les paramètres de pression partielle pour le CO 2 ont la valeur opposée - 46 mm Hg. Art. au début des capillaires pulmonaires et 40 mm Hg. Art. dans les alvéoles. La pression partielle et la tension de l'oxygène et du dioxyde de carbone dans les poumons sont indiquées dans le tableau. 31.

Tableau 31. Pression partielle et tension d'oxygène et de dioxyde de carbone dans les poumons, mmHg. Art.

Ces gradients de pression (différences) sont la force motrice de la diffusion de l'O 2 et du CO 2, c'est-à-dire des échanges gazeux dans les poumons.

La capacité de diffusion de l’oxygène des poumons est très élevée. Cela est dû au grand nombre d'alvéoles (centaines de millions), à leur grande surface d'échange gazeux (environ 100 m2), ainsi qu'à la faible épaisseur (environ 1 micron) de la membrane alvéolaire. La capacité de diffusion de l'oxygène dans les poumons chez l'homme est d'environ 25 ml/min pour 1 mmHg. Art. Pour le dioxyde de carbone, du fait de sa forte solubilité dans la membrane pulmonaire, la capacité de diffusion est 24 fois supérieure.

La diffusion de l'oxygène est assurée par une différence de pression partielle d'environ 60 mmHg. Art., et dioxyde de carbone - seulement environ 6 mm Hg. Art. Le temps nécessaire au sang pour circuler dans les capillaires du petit cercle (environ 0,8 s) est suffisant pour égaliser complètement la pression partielle et la tension des gaz : l'oxygène se dissout dans le sang et le dioxyde de carbone passe dans l'air alvéolaire. La transition du dioxyde de carbone dans l'air alvéolaire avec une différence de pression relativement faible s'explique par la capacité de diffusion élevée de ce gaz (Atl., Fig. 7, p. 168).

Ainsi, un échange constant d'oxygène et de dioxyde de carbone a lieu dans les capillaires pulmonaires. Grâce à cet échange, le sang est saturé d’oxygène et débarrassé du dioxyde de carbone.

Voies

Nez - les premiers changements dans l'air entrant se produisent dans le nez, où il est nettoyé, réchauffé et humidifié. Ceci est facilité par le filtre capillaire, le vestibule et les cornets. Un apport sanguin intensif à la membrane muqueuse et aux plexus caverneux des coquilles assure un réchauffement ou un refroidissement rapide de l'air à la température du corps. L'eau qui s'évapore de la membrane muqueuse humidifie l'air de 75 à 80 %. L'inhalation prolongée d'air à faible humidité entraîne un dessèchement de la membrane muqueuse, l'entrée d'air sec dans les poumons, le développement d'une atélectasie, d'une pneumonie et une résistance accrue des voies respiratoires.

Pharynx sépare les aliments de l'air, régule la pression dans l'oreille moyenne.

Larynx assure la fonction vocale en utilisant l'épiglotte pour empêcher l'aspiration, et la fermeture des cordes vocales est l'une des principales composantes de la toux.

Trachée - le conduit d'air principal, dans lequel l'air est réchauffé et humidifié. Les cellules muqueuses capturent les substances étrangères et les cils déplacent le mucus vers la trachée.

Bronches (lobaires et segmentaires) se terminent par des bronchioles terminales.

Le larynx, la trachée et les bronches participent également à la purification, au réchauffement et à l’humidification de l’air.

La structure de la paroi des voies respiratoires conductrices (PA) diffère de la structure des voies respiratoires de la zone d'échange gazeux. La paroi des voies respiratoires conductrices est constituée de la membrane muqueuse, d'une couche de muscle lisse, de membranes conjonctives sous-muqueuses et cartilagineuses. Les cellules épithéliales des voies respiratoires sont équipées de cils qui, en oscillant rythmiquement, poussent la couche protectrice de mucus vers le nasopharynx. La membrane muqueuse du PE et le tissu pulmonaire contiennent des macrophages qui phagocytent et digèrent les particules minérales et bactériennes. Normalement, le mucus est constamment éliminé des voies respiratoires et des alvéoles. La membrane muqueuse de l'EP est représentée par un épithélium pseudostratifié cilié, ainsi que par des cellules sécrétoires qui sécrètent du mucus, des immunoglobulines, du complément, du lysozyme, des inhibiteurs, de l'interféron et d'autres substances. Les cils contiennent de nombreuses mitochondries, qui fournissent de l'énergie pour leur activité motrice élevée (environ 1000 mouvements par minute), ce qui leur permet de transporter les crachats à une vitesse allant jusqu'à 1 cm/min dans les bronches et jusqu'à 3 cm/min dans les bronches. trachée. Pendant la journée, environ 100 ml d'expectorations sont normalement évacués de la trachée et des bronches, et dans des conditions pathologiques jusqu'à 100 ml/heure.

Les cils fonctionnent dans une double couche de mucus. Celui du bas contient des substances biologiquement actives, des enzymes, des immunoglobulines, dont la concentration est 10 fois supérieure à celle du sang. Cela détermine la fonction de protection biologique du mucus. Sa couche supérieure protège mécaniquement les cils des dommages. L'épaississement ou la réduction de la couche supérieure de mucus due à une inflammation ou à des effets toxiques perturbe inévitablement la fonction de drainage de l'épithélium cilié, irrite les voies respiratoires et provoque par réflexe une toux. Les éternuements et la toux protègent les poumons des particules minérales et bactériennes.

Alvéoles

Dans les alvéoles, des échanges gazeux se produisent entre le sang des capillaires pulmonaires et l'air. Le nombre total d'alvéoles est d'environ 300 millions et leur superficie totale est d'environ 80 m2. Le diamètre des alvéoles est de 0,2 à 0,3 mm. Les échanges gazeux entre l’air alvéolaire et le sang se font par diffusion. Le sang des capillaires pulmonaires n'est séparé de l'espace alvéolaire que par une fine couche de tissu - la membrane dite alvéolaire-capillaire, formée par l'épithélium alvéolaire, un espace interstitiel étroit et l'endothélium du capillaire. L'épaisseur totale de cette membrane ne dépasse pas 1 micron. Toute la surface alvéolaire des poumons est recouverte d’une fine pellicule appelée surfactant.

Tensioactif réduit la tension superficielleà la frontière entre le liquide et l'air en fin d'expiration, lorsque le volume du poumon est minime, augmente l'élasticité poumons et joue le rôle de facteur anti-œdémateux(ne laisse pas passer la vapeur d'eau de l'air alvéolaire), de sorte que les alvéoles restent sèches. Il réduit la tension superficielle lorsque le volume des alvéoles diminue lors de l'expiration et évite son effondrement ; réduit les shunts, ce qui améliore l'oxygénation du sang artériel à une pression plus basse et une teneur minimale en O 2 dans le mélange inhalé.

La couche tensioactive est constituée de :

1) le tensioactif lui-même (microfilms de complexes moléculaires phospholipidiques ou polyprotéiques à la frontière avec l'air) ;

2) hypophase (la couche hydrophile sous-jacente de protéines, d'électrolytes, d'eau liée, de phospholipides et de polysaccharides) ;

3) la composante cellulaire, représentée par les alvéolocytes et les macrophages alvéolaires.

Les principaux composants chimiques du tensioactif sont les lipides, les protéines et les glucides. Les phospholipides (lécithine, acide palmitique, héparine) représentent 80 à 90 % de sa masse. Le tensioactif recouvre également les bronchioles d'une couche continue, réduit la résistance respiratoire et maintient le remplissage.

À faible pression de traction, il réduit les forces qui provoquent l’accumulation de liquide dans les tissus. De plus, le surfactant purifie les gaz inhalés, filtre et piège les particules inhalées, régule l'échange d'eau entre le sang et l'air alvéolaire, accélère la diffusion du CO 2 et a un effet antioxydant prononcé. Le tensioactif est très sensible à divers facteurs endo- et exogènes : troubles circulatoires, ventilation et métabolisme, modifications de la PO 2 dans l'air inhalé et pollution de l'air. En cas de carence en surfactant, une atélectasie et un RDS des nouveau-nés surviennent. Environ 90 à 95 % du surfactant alvéolaire est recyclé, éliminé, accumulé et resécrété. La demi-vie des composants tensioactifs de la lumière des alvéoles des poumons sains est d'environ 20 heures.

Volumes pulmonaires

La ventilation des poumons dépend de la profondeur de la respiration et de la fréquence des mouvements respiratoires. Ces deux paramètres peuvent varier en fonction des besoins du corps. Il existe un certain nombre d'indicateurs de volume qui caractérisent l'état des poumons. Les valeurs moyennes normales pour un adulte sont les suivantes :

1. Volume courant(DO-VT- Volume courant)- volume d'air inspiré et expiré lors d'une respiration calme. Les valeurs normales sont de 7 à 9 ml/kg.

2. Volume de réserve inspiratoire (VRI) -VRI - Volume de réserve inspiratoire) - le volume qui peut arriver en plus après une inspiration silencieuse, c'est-à-dire différence entre la ventilation normale et maximale. Valeur normale : 2-2,5 l (environ 2/3 de la capacité vitale).

3. Volume de réserve expiratoire (VRE) - Volume de réserve expiratoire) - le volume qui peut être expiré en plus après une expiration silencieuse, c'est-à-dire différence entre l'expiration normale et maximale. Valeur normale : 1,0-1,5 l (environ 1/3 de capacité vitale).

4.Volume résiduel (OO - RV - Volume résiduel) - le volume restant dans les poumons après l'expiration maximale. Environ 1,5 à 2,0 l.

5. Capacité vitale des poumons (VC - VT - Capacité Vitale) - la quantité d'air qui peut être expirée au maximum après une inhalation maximale. La capacité vitale est un indicateur de la mobilité des poumons et de la poitrine. La capacité vitale dépend de l’âge, du sexe, de la taille et de la position du corps, ainsi que du degré de forme physique. Les valeurs normales de capacité vitale sont de 60 à 70 ml/kg - 3,5 à 5,5 l.

6. Réserve inspiratoire (RI) -Capacité inspiratoire (Evd - IC - Capacité d'inspiration) - la quantité maximale d'air qui peut pénétrer dans les poumons après une expiration silencieuse. Égal à la somme de DO et ROVD.

7.Capacité pulmonaire totale (CCM) - Capacité pulmonaire totale) ou capacité pulmonaire maximale - la quantité d'air contenue dans les poumons à la hauteur de l'inspiration maximale. Se compose de VC et OO et est calculé comme la somme de VC et OO. La valeur normale est d'environ 6,0 l.
L’étude de la structure du TLC est cruciale pour élucider les moyens d’augmenter ou de diminuer la capacité vitale, ce qui peut avoir une signification pratique significative. Une augmentation de la capacité vitale ne peut être évaluée positivement que dans les cas où la capacité vitale ne change pas ou augmente, mais moins que la capacité vitale, ce qui se produit lorsque la capacité vitale augmente en raison d'une diminution du volume. Si, simultanément à une augmentation du VC, une augmentation encore plus importante du TLC se produit, cela ne peut pas être considéré comme un facteur positif. Lorsque la CV est inférieure à 70 % de CCM, la fonction de la respiration externe est profondément altérée. Habituellement, dans des conditions pathologiques, la TLC et la capacité vitale changent de la même manière, à l'exception de l'emphysème pulmonaire obstructif, lorsque la capacité vitale diminue généralement, que la TV augmente et que la TLC peut rester normale ou être supérieure à la normale.

8.Capacité résiduelle fonctionnelle (FRC - FRC - Volume résiduel fonctionnel) - la quantité d'air qui reste dans les poumons après une expiration silencieuse. Les valeurs normales pour les adultes sont de 3 à 3,5 litres. FFU = OO + ROvyd. Par définition, le FRC est le volume de gaz qui reste dans les poumons lors d'une expiration silencieuse et peut être une mesure de la surface d'échange gazeux. Il se forme à la suite de l’équilibre entre les forces élastiques dirigées de manière opposée des poumons et de la poitrine. La signification physiologique du FRC est le renouvellement partiel du volume d'air alvéolaire lors de l'inspiration (volume ventilé) et indique le volume d'air alvéolaire constamment présent dans les poumons. Une diminution de la FRC est associée au développement d'une atélectasie, à la fermeture de petites voies respiratoires, à une diminution de la conformation pulmonaire, à une augmentation de la différence alvéolo-artérielle d'O2 suite à la perfusion dans les zones d'atélectasie des poumons et à une diminution de la rapport ventilation-perfusion. Les troubles obstructifs de la ventilation entraînent une augmentation du FRC, les troubles restrictifs entraînent une diminution du FRC.

Espace mort anatomique et fonctionnel

Espace mort anatomique appelé volume des voies respiratoires dans lequel les échanges gazeux ne se produisent pas. Cet espace comprend les cavités nasales et buccales, le pharynx, le larynx, la trachée, les bronches et les bronchioles. La quantité d'espace mort dépend de la hauteur et de la position du corps. On peut supposer approximativement que chez une personne assise, le volume de l'espace mort (en millilitres) est égal à deux fois le poids corporel (en kilogrammes). Ainsi, chez les adultes, elle est d'environ 150 à 200 ml (2 ml/kg de poids corporel).

Sous espace mort fonctionnel (physiologique) comprendre toutes les zones du système respiratoire dans lesquelles les échanges gazeux ne se produisent pas en raison d'un flux sanguin réduit ou absent. L'espace mort fonctionnel, contrairement à l'espace anatomique, comprend non seulement les voies respiratoires, mais également les alvéoles ventilées mais non perfusées de sang.

Ventilation alvéolaire et espace mort

La partie du volume infime de respiration qui atteint les alvéoles est appelée ventilation alvéolaire, le reste est une ventilation de l'espace mort. La ventilation alvéolaire sert d'indicateur de l'efficacité de la respiration en général. La composition gazeuse maintenue dans l’espace alvéolaire dépend de cette valeur. Quant au volume infime, il ne reflète que dans une faible mesure l’efficacité de la ventilation. Ainsi, si le volume respiratoire minute est normal (7 l/min), mais que la respiration est fréquente et superficielle (JUSQU'à 0,2 l, RR-35/min), alors aérez

Il y aura principalement un espace mort, dans lequel l'air entre avant l'alvéolaire ; dans ce cas, l’air inhalé atteindra difficilement les alvéoles. Parce que le le volume de l'espace mort est constant, la ventilation alvéolaire est plus importante, plus la respiration est profonde et plus la fréquence est basse.

Extensibilité (conformité) du tissu pulmonaire
La souplesse pulmonaire est une mesure de la traction élastique, ainsi que de la résistance élastique du tissu pulmonaire, qui est surmontée lors de l'inhalation. En d’autres termes, l’extensibilité est une mesure de l’élasticité du tissu pulmonaire, c’est-à-dire de sa souplesse. Mathématiquement, la conformité est exprimée comme le quotient de la modification du volume pulmonaire et de la modification correspondante de la pression intrapulmonaire.

L’observance peut être mesurée séparément pour les poumons et la poitrine. D'un point de vue clinique (notamment lors d'une ventilation mécanique), la compliance du tissu pulmonaire lui-même, qui reflète le degré de pathologie pulmonaire restrictive, est du plus grand intérêt. Dans la littérature moderne, la compliance pulmonaire est généralement appelée «compliance» (du mot anglais «compliance», abrégé en C).

La compliance pulmonaire diminue :

Avec l'âge (chez les patients de plus de 50 ans) ;

En position allongée (en raison de la pression des organes abdominaux sur le diaphragme) ;

Lors d'une chirurgie laparoscopique due au carboxypéritoine ;

En cas de pathologie aiguë restrictive (pneumonie aiguë polysegmentaire, RDS, œdème pulmonaire, atélectasie, aspiration, etc.) ;

Pour les pathologies restrictives chroniques (pneumonie chronique, fibrose pulmonaire, collagénose, silicose, etc.) ;

Avec pathologie des organes qui entourent les poumons (pneumo- ou hydrothorax, haut standing du dôme du diaphragme avec parésie intestinale, etc.).

Plus la compliance des poumons est mauvaise, plus la résistance élastique du tissu pulmonaire doit être surmontée afin d'obtenir le même volume courant qu'avec une compliance normale. Par conséquent, en cas de détérioration de la compliance pulmonaire, lorsque le même volume courant est atteint, la pression dans les voies respiratoires augmente considérablement.

Ce point est très important à comprendre : avec la ventilation volumétrique, lorsqu'un volume courant forcé est fourni à un patient présentant une mauvaise compliance pulmonaire (sans résistance élevée des voies respiratoires), une augmentation significative de la pression maximale des voies respiratoires et de la pression intrapulmonaire augmente considérablement le risque de barotraumatisme.

Résistance des voies respiratoires

Le flux du mélange respiratoire dans les poumons doit vaincre non seulement la résistance élastique du tissu lui-même, mais également la résistance résistive des voies respiratoires Raw (abréviation du mot anglais « résistance »). L'arbre trachéobronchique étant un système de tubes de longueurs et de largeurs variables, la résistance au flux de gaz dans les poumons peut être déterminée selon des lois physiques connues. En général, la résistance à l'écoulement dépend du gradient de pression au début et à la fin du tube, ainsi que de l'ampleur du débit lui-même.

Le flux de gaz dans les poumons peut être laminaire, turbulent ou transitoire. L'écoulement laminaire est caractérisé par un mouvement de translation couche par couche du gaz avec

Vitesse variable : la vitesse d'écoulement est la plus élevée au centre et diminue progressivement vers les parois. Le flux de gaz laminaire prédomine à des vitesses relativement faibles et est décrit par la loi de Poiseuille, selon laquelle la résistance au flux de gaz dépend le plus du rayon du tube (bronches). Réduire le rayon de 2 fois entraîne une augmentation de la résistance de 16 fois. À cet égard, l'importance de choisir la sonde endotrachéale (trachéotomie) la plus large possible et de maintenir la perméabilité de l'arbre trachéobronchique pendant la ventilation mécanique est claire.
La résistance des voies respiratoires au flux gazeux augmente significativement avec le bronchiolospasme, le gonflement de la muqueuse bronchique, l'accumulation de mucus et les sécrétions inflammatoires dues au rétrécissement de la lumière de l'arbre bronchique. La résistance est également affectée par le débit et la longueur du ou des tubes. AVEC

En augmentant le débit (en forçant l’inspiration ou l’expiration), la résistance des voies respiratoires augmente.

Les principales raisons de l’augmentation de la résistance des voies respiratoires sont :

Bronchiolospasme ;

Gonflement de la muqueuse bronchique (exacerbation de l'asthme bronchique, bronchite, laryngite sous-glottique) ;

Corps étranger, aspiration, néoplasmes ;

Accumulation d'expectorations et de sécrétions inflammatoires ;

Emphysème (compression dynamique des voies respiratoires).

L'écoulement turbulent est caractérisé par le mouvement chaotique des molécules de gaz le long du tube (bronches). Il prédomine aux débits volumétriques élevés. En cas d'écoulement turbulent, la résistance des voies respiratoires augmente, car elle dépend encore plus de la vitesse d'écoulement et du rayon des bronches. Un mouvement turbulent se produit avec des débits élevés, des changements brusques de la vitesse d'écoulement, aux endroits des coudes et des branches des bronches et avec un changement brusque du diamètre des bronches. C'est pourquoi un écoulement turbulent est caractéristique des patients atteints de BPCO, alors que même en rémission, la résistance des voies respiratoires est accrue. Il en va de même pour les patients souffrant d'asthme bronchique.

La résistance des voies respiratoires est inégalement répartie dans les poumons. La plus grande résistance est créée par les bronches de calibre moyen (jusqu'à la 5e-7e génération), car la résistance des grosses bronches est faible en raison de leur grand diamètre, et des petites bronches - en raison de la grande surface transversale totale.

La résistance des voies respiratoires dépend également du volume pulmonaire. Avec un volume important, le parenchyme a un effet « d'étirement » plus important sur les voies respiratoires et leur résistance diminue. L’utilisation de la PEP contribue à augmenter le volume pulmonaire et, par conséquent, à réduire la résistance des voies respiratoires.

La résistance normale des voies respiratoires est :

Chez les adultes - 3 à 10 mm de colonne d'eau/l/s ;

Chez les enfants - 15-20 mm de colonne d'eau/l/s ;

Chez les nourrissons de moins de 1 an - 20-30 mm de colonne d'eau/l/s ;

Chez les nouveau-nés - 30-50 mm de colonne d'eau/l/s.

À l’expiration, la résistance des voies respiratoires est supérieure de 2 à 4 mm de colonne d’eau/l/s à celle de l’inspiration. Cela est dû à la nature passive de l'expiration, lorsque l'état de la paroi des voies respiratoires affecte davantage le flux de gaz que lors d'une inhalation active. Par conséquent, il faut 2 à 3 fois plus de temps pour expirer complètement que pour inspirer. Normalement, le rapport temps d'inspiration/expiration (I:E) pour les adultes est d'environ 1 : 1,5-2. L'intégralité de l'expiration chez un patient pendant la ventilation mécanique peut être évaluée en surveillant la constante de temps expiratoire.

Travail de respiration

Le travail respiratoire est effectué principalement par les muscles inspiratoires lors de l’inspiration ; l'expiration est presque toujours passive. Dans le même temps, dans le cas, par exemple, d'un bronchospasme aigu ou d'un gonflement de la membrane muqueuse des voies respiratoires, l'expiration devient également active, ce qui augmente considérablement le travail global de ventilation externe.

Lors de l'inhalation, le travail respiratoire sert principalement à vaincre la résistance élastique du tissu pulmonaire et la résistance résistive des voies respiratoires, tandis qu'environ 50 % de l'énergie dépensée s'accumule dans les structures élastiques des poumons. Lors de l’expiration, cette énergie potentielle stockée est libérée, permettant ainsi de vaincre la résistance expiratoire des voies respiratoires.

L'augmentation de la résistance à l'inspiration ou à l'expiration est compensée par le travail supplémentaire des muscles respiratoires. Le travail respiratoire augmente avec une diminution de la compliance pulmonaire (pathologie restrictive), une augmentation de la résistance des voies respiratoires (pathologie obstructive) et une tachypnée (due à la ventilation des espaces morts).

Normalement, seulement 2 à 3 % de l'oxygène total consommé par le corps est consacré au travail des muscles respiratoires. C’est ce qu’on appelle le « coût de la respiration ». Lors d'un travail physique, le coût de la respiration peut atteindre 10 à 15 %. Et en cas de pathologie (particulièrement restrictive), plus de 30 à 40 % de l'oxygène total absorbé par l'organisme peut être consacré au travail des muscles respiratoires. En cas d'insuffisance respiratoire diffuse sévère, le coût de la respiration augmente jusqu'à 90 %. À un moment donné, tout l'oxygène supplémentaire obtenu en augmentant la ventilation sert à couvrir l'augmentation correspondante du travail des muscles respiratoires. C'est pourquoi, à un certain stade, une augmentation significative du travail respiratoire est une indication directe pour démarrer une ventilation mécanique, à laquelle le coût de la respiration est réduit à presque 0.

Le travail respiratoire requis pour vaincre la résistance élastique (conformité pulmonaire) augmente à mesure que le volume courant augmente. Le travail requis pour vaincre la résistance des voies respiratoires augmente avec l’augmentation de la fréquence respiratoire. Le patient cherche à réduire le travail respiratoire en modifiant la fréquence respiratoire et le volume courant en fonction de la pathologie dominante. Pour chaque situation, il existe des fréquences respiratoires et des volumes courants optimaux pour lesquels le travail respiratoire est minime. Ainsi, pour les patients présentant une observance réduite, du point de vue de la minimisation du travail respiratoire, une respiration plus fréquente et superficielle convient (les poumons durs sont difficiles à redresser). En revanche, lorsque la résistance des voies respiratoires augmente, une respiration profonde et lente est optimale. Cela se comprend : une augmentation du volume courant permet de « s'étirer », de dilater les bronches, et de réduire leur résistance au flux gazeux ; dans le même but, les patients présentant une pathologie obstructive compriment leurs lèvres lors de l'expiration, créant ainsi leur propre « PEP ». Une respiration lente et peu fréquente contribue à allonger l'expiration, ce qui est important pour une élimination plus complète du mélange gazeux expiré dans des conditions de résistance expiratoire accrue des voies respiratoires.

Régulation respiratoire

Le processus respiratoire est régulé par le système nerveux central et périphérique. Dans la formation réticulaire du cerveau se trouve un centre respiratoire, composé des centres d'inspiration, d'expiration et de pneumotaxie.

Les chimiorécepteurs centraux sont situés dans la moelle allongée et sont excités lorsque la concentration de H+ et de PCO 2 dans le liquide céphalo-rachidien augmente. Normalement, le pH de ce dernier est de 7,32, le PCO 2 est de 50 mmHg et la teneur en HCO 3 est de 24,5 mmol/l. Même une légère diminution du pH et une augmentation de la PCO 2 augmentent la ventilation. Ces récepteurs réagissent plus lentement à l'hypercapnie et à l'acidose que les récepteurs périphériques, car un temps supplémentaire est nécessaire pour mesurer les valeurs de CO 2, H + et HCO 3 en raison du franchissement de la barrière hémato-encéphalique. Les contractions des muscles respiratoires sont contrôlées par le mécanisme respiratoire central, constitué d'un groupe de cellules situées dans le bulbe rachidien, le pont et les centres pneumotaxiques. Ils tonifient le centre respiratoire et, sur la base des impulsions des mécanorécepteurs, déterminent le seuil d'excitation auquel l'inhalation s'arrête. Les cellules pneumotaxiques font également passer l’inspiration à l’expiration.

Les chimiorécepteurs périphériques, situés sur les membranes internes du sinus carotidien, de la crosse aortique et de l'oreillette gauche, contrôlent les paramètres humoraux (PO 2, PCO 2 dans le sang artériel et le liquide céphalo-rachidien) et répondent immédiatement aux changements de l'environnement interne du corps, en changeant le mode de respiration spontanée et, ainsi, la correction du pH, de la PO 2 et de la PCO 2 dans le sang artériel et le liquide céphalo-rachidien. Les impulsions des chimiorécepteurs régulent la quantité de ventilation nécessaire pour maintenir un certain niveau métabolique. En optimisant le mode de ventilation, c'est-à-dire Les mécanorécepteurs sont également impliqués dans l'établissement de la fréquence et de la profondeur de la respiration, de la durée de l'inspiration et de l'expiration et de la force de contraction des muscles respiratoires à un niveau de ventilation donné. La ventilation des poumons est déterminée par le niveau de métabolisme, l'effet des produits métaboliques et de l'O2 sur les chimiorécepteurs, qui les transforment en impulsions afférentes des structures nerveuses du mécanisme respiratoire central. La fonction principale des chimiorécepteurs artériels est la correction immédiate de la respiration en réponse aux modifications de la composition des gaz du sang.

Les mécanorécepteurs périphériques, localisés dans les parois des alvéoles, des muscles intercostaux et du diaphragme, répondent à l'étirement des structures dans lesquelles ils se trouvent, aux informations sur les phénomènes mécaniques. Le rôle principal est joué par les mécanorécepteurs des poumons. L'air inhalé traverse la VP jusqu'aux alvéoles et participe aux échanges gazeux au niveau de la membrane alvéolo-capillaire. Lorsque les parois des alvéoles s'étirent lors de l'inspiration, les mécanorécepteurs sont excités et envoient un signal afférent au centre respiratoire, ce qui inhibe l'inspiration (réflexe de Hering-Breuer).

Lors d'une respiration normale, les mécanorécepteurs intercostaux-diaphragmatiques ne sont pas excités et ont une valeur auxiliaire.

Le système de régulation se termine par des neurones qui intègrent les impulsions qui leur proviennent des chimiorécepteurs et envoient des impulsions d'excitation aux motoneurones respiratoires. Les cellules du centre respiratoire bulbaire envoient des impulsions excitatrices et inhibitrices aux muscles respiratoires. L'excitation coordonnée des motoneurones respiratoires conduit à une contraction synchrone des muscles respiratoires.

Les mouvements respiratoires qui créent le flux d’air sont dus au travail coordonné de tous les muscles respiratoires. Cellules nerveuses motrices

Les neurones des muscles respiratoires sont situés dans les cornes antérieures de la substance grise de la moelle épinière (segments cervicaux et thoraciques).

Chez l'homme, le cortex cérébral participe également à la régulation de la respiration dans les limites permises par la régulation de la respiration par les chimiorécepteurs. Par exemple, l'apnée volontaire est limitée par le temps pendant lequel la PaO 2 dans le liquide céphalo-rachidien atteint des niveaux qui excitent les récepteurs artériels et médullaires.

Biomécanique de la respiration

La ventilation des poumons est due à des changements périodiques dans le travail des muscles respiratoires, le volume de la cavité thoracique et des poumons. Les principaux muscles inspirateurs sont le diaphragme et les muscles intercostaux externes. Lors de leur contraction, le dôme du diaphragme s'aplatit et les côtes sont soulevées vers le haut, ce qui entraîne une augmentation du volume de la poitrine et une augmentation de la pression intrapleurale négative (Ppl). Avant le début de l'inspiration (à la fin de l'expiration), Ppl est d'environ moins 3 à 5 cm de colonne d'eau. La pression alvéolaire (Palv) est prise égale à 0 (c'est-à-dire égale à la pression atmosphérique), elle reflète également la pression dans les voies respiratoires et est en corrélation avec la pression intrathoracique.

Le gradient entre la pression alvéolaire et intrapleurale est appelé pression transpulmonaire (Ptp). À la fin de l’expiration, il y a 3 à 5 cm de colonne d’eau. Lors d'une inspiration spontanée, une augmentation du Ppl négatif (jusqu'à moins 6-10 cm de colonne d'eau) provoque une diminution de la pression dans les alvéoles et les voies respiratoires en dessous de la pression atmosphérique. Dans les alvéoles, la pression chute jusqu'à moins 3 à 5 cm de colonne d'eau. En raison de la différence de pression, l'air entre (aspiré) de l'environnement extérieur dans les poumons. La poitrine et le diaphragme agissent comme une pompe à piston, aspirant l'air dans les poumons. Cette action de « succion » de la poitrine est importante non seulement pour la ventilation, mais aussi pour la circulation sanguine. Au cours de l'inspiration spontanée, une « aspiration » supplémentaire de sang vers le cœur se produit (maintien de la précharge) et l'activation du flux sanguin pulmonaire du ventricule droit à travers le système artériel pulmonaire. À la fin de l'inspiration, lorsque le mouvement du gaz s'arrête, la pression alvéolaire revient à zéro, mais la pression intrapleurale reste réduite à moins 6 à 10 cm de colonne d'eau.

L'expiration est normalement un processus passif. Après relaxation des muscles respiratoires, les forces de traction élastique de la poitrine et des poumons provoquent l'élimination (l'expulsion) des gaz des poumons et la restauration du volume d'origine des poumons. Si la perméabilité de l'arbre trachéobronchique est altérée (sécrétion inflammatoire, gonflement de la muqueuse, bronchospasme), le processus d'expiration est difficile et les muscles expiratoires (muscles intercostaux internes, muscles pectoraux, muscles abdominaux, etc.) commencent également à prendre participer à l’acte de respirer. Lorsque les muscles expiratoires sont épuisés, le processus d'expiration devient encore plus difficile, le mélange expiré est retenu et les poumons deviennent dynamiquement surgonflés.

Fonctions pulmonaires non respiratoires

Les fonctions des poumons ne se limitent pas à la diffusion des gaz. Ils contiennent 50 % de toutes les cellules endothéliales de l'organisme, qui tapissent la surface capillaire de la membrane et participent au métabolisme et à l'inactivation des substances biologiquement actives traversant les poumons.

1. Les poumons contrôlent l'hémodynamique générale en faisant varier le remplissage de leur propre lit vasculaire et en influençant les substances biologiquement actives qui régulent le tonus vasculaire (sérotonine, histamine, bradykinine, catécholamines), en convertissant l'angiotensine I en angiotensine II et en participant au métabolisme des prostaglandines.

2. Les poumons régulent la coagulation sanguine en sécrétant de la prostacycline, un inhibiteur de l'agrégation plaquettaire, et en éliminant la thromboplastine, la fibrine et ses produits de dégradation de la circulation sanguine. En conséquence, le sang qui coule des poumons a une activité fibrinolytique plus élevée.

3. Les poumons participent au métabolisme des protéines, des glucides et des graisses, en synthétisant des phospholipides (phosphatidylcholine et phosphatidylglycérol - les principaux composants du surfactant).

4. Les poumons produisent et éliminent de la chaleur, maintenant ainsi l’équilibre énergétique du corps.

5. Les poumons nettoient le sang des impuretés mécaniques. Les agrégats cellulaires, les microthrombus, les bactéries, les bulles d'air et les gouttelettes de graisse sont retenus par les poumons et sont sujets à la destruction et au métabolisme.

Types de ventilation et types de troubles de la ventilation

Une classification physiologiquement claire des types de ventilation a été développée, basée sur les pressions partielles des gaz dans les alvéoles. Conformément à cette classification, on distingue les types de ventilation suivants :

1.Normoventilation - ventilation normale, dans laquelle la pression partielle de CO2 dans les alvéoles est maintenue à environ 40 mmHg.

2. Hyperventilation - ventilation accrue qui dépasse les besoins métaboliques du corps (PaCO2<40 мм.рт.ст.).

3. Hypoventilation - ventilation réduite par rapport aux besoins métaboliques du corps (PaCO2>40 mmHg).

4. Ventilation accrue - toute augmentation de la ventilation alvéolaire par rapport au niveau de repos, quelle que soit la pression partielle des gaz dans les alvéoles (par exemple, lors d'un travail musculaire).

5.Eupnée - ventilation normale au repos, accompagnée d'une sensation subjective de confort.

6. Hyperpnée - augmentation de la profondeur de la respiration, que la fréquence des mouvements respiratoires soit augmentée ou non.

7.Tachypnée – augmentation de la fréquence respiratoire.

8. Bradypnée – diminution de la fréquence respiratoire.

9. Apnée - arrêt de la respiration, provoqué principalement par le manque de stimulation physiologique du centre respiratoire (diminution de la tension CO2 dans le sang artériel).

10. La dyspnée (essoufflement) est une sensation subjective désagréable de respiration insuffisante ou de difficultés respiratoires.

11. Orthopnée - essoufflement sévère associé à une stagnation du sang dans les capillaires pulmonaires en raison d'une insuffisance cardiaque gauche. En position horizontale, cette condition est aggravée et il est donc difficile pour ces patients de mentir.

12. Asphyxie - arrêt ou dépression de la respiration, associée principalement à une paralysie des centres respiratoires ou à une fermeture des voies respiratoires. Les échanges gazeux sont fortement altérés (une hypoxie et une hypercapnie sont observées).

À des fins de diagnostic, il est conseillé de distinguer deux types de troubles de la ventilation : restrictifs et obstructifs.

Le type restrictif de troubles de la ventilation comprend toutes les conditions pathologiques dans lesquelles l'excursion respiratoire et la capacité des poumons à se dilater sont réduites, c'est-à-dire leur extensibilité diminue. De tels troubles sont observés par exemple avec des lésions du parenchyme pulmonaire (pneumonie, œdème pulmonaire, fibrose pulmonaire) ou avec des adhérences pleurales.

Les troubles de la ventilation de type obstructif sont provoqués par un rétrécissement des voies respiratoires, c'est-à-dire augmentant leur résistance aérodynamique. Des conditions similaires se produisent, par exemple, lorsque du mucus s'accumule dans les voies respiratoires, un gonflement de leur muqueuse ou des spasmes des muscles bronchiques (bronchiolospasme allergique, asthme bronchique, bronchite asthmatique, etc.). Chez ces patients, la résistance à l'inspiration et à l'expiration augmente et, par conséquent, avec le temps, la légèreté des poumons et leur CRF augmentent. Un état pathologique caractérisé par une diminution excessive du nombre de fibres élastiques (disparition des septa alvéolaires, unification du réseau capillaire) est appelé emphysème pulmonaire.

Le volume courant et la capacité vitale sont des caractéristiques statiques mesurées au cours d'un cycle respiratoire. Mais la consommation d’oxygène et la formation de dioxyde de carbone se produisent continuellement dans le corps.

Par conséquent, la constance de la composition gazeuse du sang artériel ne dépend pas des caractéristiques d'un cycle respiratoire, mais du taux d'apport d'oxygène et d'élimination du dioxyde de carbone sur une longue période de temps. Une mesure de cette vitesse, dans une certaine mesure, peut être considérée comme le volume minute de respiration (MVR), ou ventilation pulmonaire, c'est-à-dire le volume d'air traversant les poumons en 1 minute. Le volume minute de respiration avec une respiration automatique uniforme (sans participation de la conscience) est égal au produit du volume courant par le nombre de cycles respiratoires en 1 minute. Au repos chez un homme, il est en moyenne de 8 000 ml ou 8 litres par minute)" (500 ml x 16 respirations par minute). On pense que le volume respiratoire minute renseigne sur la ventilation des poumons, mais en aucun cas détermine l'efficacité de la respiration. Avec un volume courant de 500 ml, lors de l'inspiration, les alvéoles reçoivent d'abord 150 ml d'air situé dans les voies respiratoires, c'est-à-dire dans l'espace mort anatomique, et qui y sont entrés à la fin de l'expiration précédente. . Il s'agit d'air déjà utilisé qui est entré dans l'espace mort anatomique. Ainsi, lorsque vous inspirez 500 ml d'air « frais » de l'atmosphère, 350 ml d'air « frais » inhalé pénètrent dans les alvéoles. l'air « frais » remplit l'espace mort anatomique et ne participe pas aux échanges gazeux avec le sang en 1 minute avec un volume courant de 500 ml et 16 respirations dans la première minute, pas 8 litres d'air atmosphérique ne passeront par les alvéoles, mais 5,6 litres (350 x 16 = 5600), ce qu'on appelle la ventilation alvéolaire. Lorsque le volume courant est réduit à 400 ml, afin de maintenir la même valeur du volume respiratoire minute, la fréquence respiratoire doit augmenter jusqu'à 20 respirations par minute (8000 : 400). Dans ce cas, la ventilation alvéolaire sera de 5 000 ml (250 x 20) au lieu de 5 600 ml, nécessaires pour maintenir une composition gazeuse constante du sang artériel. Pour maintenir l'homéostasie des gaz du sang artériel, il est nécessaire d'augmenter la fréquence respiratoire à 22-23 respirations par minute (5600 : 250-22,4). Cela implique une augmentation du volume respiratoire minute à 8960 ml (400 x 22,4). Avec un volume courant de 300 ml, pour maintenir la ventilation alvéolaire et, par conséquent, l'homéostasie des gaz du sang, la fréquence respiratoire doit augmenter jusqu'à 37 respirations par minute (5600 : 150 = 37,3). Dans ce cas, le volume respiratoire minute sera de 11 100 ml (300 x 37 = 11 100), soit augmentera près de 1,5 fois. Ainsi, le volume infime de respiration en lui-même ne détermine pas l’efficacité de la respiration.
Une personne peut prendre le contrôle de sa respiration et, à volonté, respirer avec le ventre ou la poitrine, modifier la fréquence et la profondeur de la respiration, la durée de l'inspiration et de l'expiration, etc. état de repos physique, la quantité d'air atmosphérique entrant dans les alvéoles en 1 minute)", doit rester à peu près la même, à savoir 5 600 ml, pour assurer une composition normale des gaz du sang,
les besoins des cellules et des tissus en oxygène et pour l'élimination de l'excès de dioxyde de carbone. Si vous vous écartez de cette valeur dans une direction quelconque, la composition gazeuse du sang artériel change. Les mécanismes homéostatiques de son maintien sont immédiatement activés. Ils entrent en conflit avec la valeur délibérément surestimée ou sous-estimée de la ventilation alvéolaire. Dans ce cas, la sensation de respiration confortable disparaît et une sensation de manque d'air ou une sensation de tension musculaire apparaît. Ainsi, maintenir une composition normale des gaz du sang tout en approfondissant la respiration, c'est-à-dire avec une augmentation du volume courant, cela n'est possible qu'en diminuant la fréquence des cycles respiratoires et, à l'inverse, avec une augmentation de la fréquence respiratoire, le maintien de l'homéostasie des gaz n'est possible qu'avec une diminution simultanée du volume courant.
En plus du volume respiratoire minute, il existe également le concept de ventilation pulmonaire maximale (MVL) - le volume d'air qui peut traverser les poumons en 1 minute avec une ventilation maximale. Chez un homme adulte non entraîné, la ventilation maximale pendant une activité physique peut dépasser de 5 fois le volume infime de respiration au repos. Chez les personnes entraînées, la ventilation maximale des poumons peut atteindre 120 litres, soit le volume respiratoire minute peut augmenter 15 fois. Avec une ventilation maximale des poumons, le rapport entre le volume courant et la fréquence respiratoire est également significatif. Avec la même valeur de ventilation maximale des poumons, la ventilation alvéolaire sera plus élevée à une fréquence respiratoire plus faible et, par conséquent, à un volume courant plus important. En conséquence, plus d'oxygène et plus de dioxyde de carbone peuvent pénétrer dans le sang artériel. peut le laisser.

En savoir plus sur le sujet VOLUME MINUTE DE RESPIRATION :

1. LES POUMONS N'ONT PAS LEURS PROPRES ÉLÉMENTS CONTRACTIFS. LES CHANGEMENTS DANS LEUR VOLUME SONT LE RÉSULTAT DE CHANGEMENTS DANS LE VOLUME DE LA CAVITÉ POITRINE.
2. LA NATURE DE LA RESPIRATION EST UN FACTEUR IMPORTANT DANS LA FORMATION DES CARACTÉRISTIQUES MORPHO-FONCTIONNELLES DES ORGANES INTERNES LA RESPIRATION PROFONDE PRÉSERVE LES PROPRIÉTÉS ÉLASTIQUES DE L'AORTE ET DES ARTÈRES, CONTRE LE DÉVELOPPEMENT DE L'ATHÉROSCLÉROSE ET DES HYPER TENSIONS ARTÉRIELLES.

La ventilation est un processus continu et contrôlé de mise à jour de la composition gazeuse de l'air contenu dans les poumons. La ventilation des poumons est assurée par l'introduction d'air atmosphérique riche en oxygène et l'élimination des gaz contenant un excès de dioxyde de carbone lors de l'expiration.

La ventilation pulmonaire est caractérisée par le volume infime de respiration. Au repos, un adulte inspire et expire 500 ml d'air à une fréquence de 16 à 20 fois par minute (minute 8-10 l), un nouveau-né respire plus souvent - 60 fois, un enfant de 5 ans - 25 fois par minute. Le volume des voies respiratoires (où les échanges gazeux ne se produisent pas) est de 140 ml, ce qu'on appelle l'air nocif ; ainsi, 360 ml pénètrent dans les alvéoles. Une respiration peu fréquente et profonde réduit le volume de l'espace nocif et est beaucoup plus efficace.

Les volumes statiques comprennent des quantités qui sont mesurées après l'achèvement d'une manœuvre respiratoire sans limiter la vitesse (le temps) de sa mise en œuvre.

Les indicateurs statiques comprennent quatre volumes pulmonaires primaires : - volume courant (VT - VT) ;

Volume de réserve inspiratoire (IRV) ;

Volume de réserve expiratoire (VRE) ;

Volume résiduel (RO - RV).

Et aussi des conteneurs :

Capacité vitale des poumons (VC - VC) ;

Capacité inspiratoire (Evd - IC) ;

Capacité résiduelle fonctionnelle (FRC - FRC) ;

Capacité pulmonaire totale (CCM).

Les grandeurs dynamiques caractérisent la vitesse volumétrique du flux d'air. Ils sont déterminés en tenant compte du temps passé à effectuer la manœuvre respiratoire. Les indicateurs dynamiques comprennent :

Volume expiratoire forcé dans la première seconde (FEV 1 - FEV 1) ;

Capacité vitale forcée (CVF);

Débit expiratoire volumétrique de pointe (PEV) (PEV), etc.

Le volume et la capacité des poumons d’une personne en bonne santé sont déterminés par un certain nombre de facteurs :

1) taille, poids corporel, âge, race, caractéristiques constitutionnelles d'une personne ;

2) propriétés élastiques du tissu pulmonaire et des voies respiratoires ;

3) caractéristiques contractiles des muscles inspiratoires et expiratoires.

Pour déterminer les volumes et capacités pulmonaires, les méthodes de spirométrie, spirographie, pneumotachométrie et pléthysmographie corporelle sont utilisées.

Pour la comparabilité des résultats des mesures des volumes et capacités pulmonaires, les données obtenues doivent être corrélées avec des conditions standards : température corporelle 37 o C, pression atmosphérique 101 kPa (760 mmHg), humidité relative 100 %.

Volume courant

Le volume courant (TV) est le volume d'air inhalé et expiré lors d'une respiration normale, égal à une moyenne de 500 ml (avec des fluctuations de 300 à 900 ml).

Sur ce total, environ 150 ml représentent le volume d'air présent dans l'espace mort fonctionnel (FSD) du larynx, de la trachée et des bronches, qui ne participe pas aux échanges gazeux. Le rôle fonctionnel du HFMP est de se mélanger à l’air inhalé, de l’hydrater et de le réchauffer.

Volume de réserve expiratoire

Le volume de réserve expiratoire est le volume d'air égal à 1 500-2 000 ml qu'une personne peut expirer si, après une expiration normale, elle expire au maximum.

Volume de réserve inspiratoire

Le volume de réserve inspiratoire est le volume d'air qu'une personne peut inhaler si, après une inspiration normale, elle prend une respiration maximale. Égal à 1500 - 2000 ml.

Capacité vitale des poumons

La capacité vitale des poumons (CV) est la quantité maximale d'air expirée après l'inspiration la plus profonde. La capacité vitale vitale est l'un des principaux indicateurs de l'état de l'appareil respiratoire externe, largement utilisé en médecine. Avec le volume résiduel, c'est-à-dire le volume d'air restant dans les poumons après l'expiration la plus profonde, la capacité vitale forme la capacité pulmonaire totale (CCM).

Normalement, la capacité vitale représente environ les 3/4 de la capacité pulmonaire totale et caractérise le volume maximum dans lequel une personne peut modifier la profondeur de sa respiration. Lors d'une respiration calme, un adulte en bonne santé utilise une petite partie de sa capacité vitale : inspire et expire 300 à 500 ml d'air (ce qu'on appelle le volume courant). Dans ce cas, le volume de réserve inspiratoire, c'est-à-dire la quantité d'air qu'une personne est capable d'inspirer en plus après une inspiration silencieuse et le volume d'expiration de réserve, égal au volume d'air expiré en plus après une expiration silencieuse, sont en moyenne d'environ 1 500 ml chacun. Pendant l'activité physique, le volume courant augmente en raison de l'utilisation des réserves d'inspiration et d'expiration.

La capacité vitale est un indicateur de la mobilité des poumons et de la poitrine. Malgré son nom, il ne reflète pas les paramètres respiratoires dans les conditions réelles (« de vie »), car même avec les exigences les plus élevées imposées au système respiratoire par le corps, la profondeur de la respiration n'atteint jamais la valeur maximale possible.

D'un point de vue pratique, il est inapproprié d'établir une norme « unique » pour la capacité vitale des poumons, car cette valeur dépend d'un certain nombre de facteurs, notamment de l'âge, du sexe, de la taille et de la position du corps, ainsi que du degré de remise en forme.

Avec l’âge, la capacité vitale des poumons diminue (surtout après 40 ans). Cela est dû à une diminution de l’élasticité des poumons et de la mobilité de la poitrine. Les femmes ont en moyenne 25 % de moins que les hommes.

La relation avec la hauteur peut être calculée à l’aide de l’équation suivante :

CV=2,5*hauteur (m)

La capacité vitale dépend de la position du corps : en position verticale elle est légèrement supérieure à celle en position horizontale.

Cela s'explique par le fait qu'en position verticale, les poumons contiennent moins de sang. Chez les personnes entraînées (notamment les nageurs et les rameurs), cela peut aller jusqu'à 8 litres, car les sportifs disposent de muscles respiratoires auxiliaires très développés (grands et petits pectoraux).

Volume résiduel

Le volume résiduel (VR) est le volume d'air qui reste dans les poumons après l'expiration maximale. Égal à 1000 - 1500 ml.

Capacité pulmonaire totale

La capacité pulmonaire totale (maximale) (CCM) est la somme des volumes respiratoire, de réserve (inhalation et expiration) et résiduel et est comprise entre 5 000 et 6 000 ml.

Une étude des volumes courants est nécessaire pour évaluer la compensation de l'insuffisance respiratoire en augmentant la profondeur de la respiration (inspiration et expiration).

Capacité vitale des poumons. L'éducation physique et le sport systématiques contribuent au développement des muscles respiratoires et à l'expansion de la poitrine. Déjà 6 à 7 mois après avoir commencé à nager ou à courir, la capacité vitale des poumons des jeunes athlètes peut augmenter de 500 cc. et plus. Une diminution de celui-ci est un signe de surmenage.

La capacité vitale des poumons est mesurée à l'aide d'un appareil spécial : un spiromètre. Pour ce faire, fermez d'abord le trou du cylindre intérieur du spiromètre avec un bouchon et désinfectez son embout buccal avec de l'alcool. Après avoir inspiré profondément, expirez profondément par l’embout buccal. Dans ce cas, l’air ne doit pas passer par l’embout buccal ni par le nez.

La mesure est répétée deux fois et le résultat le plus élevé est enregistré dans le journal.

La capacité vitale des poumons chez l'homme varie de 2,5 à 5 litres et chez certains athlètes, elle atteint 5,5 litres ou plus. La capacité vitale des poumons dépend de l’âge, du sexe, du développement physique et d’autres facteurs. Une diminution de plus de 300 cc peut indiquer un surmenage.

Il est très important d’apprendre à prendre des respirations complètes et profondes et à éviter de les retenir. Si au repos la fréquence respiratoire est généralement de 16 à 18 par minute, alors pendant l'activité physique, lorsque le corps a besoin de plus d'oxygène, cette fréquence peut atteindre 40 ou plus. Si vous ressentez fréquemment une respiration superficielle ou un essoufflement, vous devez arrêter de faire de l'exercice, notez-le dans votre journal d'autosurveillance et consultez un médecin.