Biologie pour les majors II

Le nombre de respirations par minute est la fréquence respiratoire. En moyenne, dans des conditions de non-exercice, la fréquence respiratoire humaine est de 12 à 15 respirations/minute. La fréquence respiratoire contribue à la ventilation alvéolaire, c’est-à-dire à la quantité d’air qui entre et sort des alvéoles. La ventilation alvéolaire empêche l’accumulation de dioxyde de carbone dans les alvéoles. Il existe deux façons de maintenir la ventilation alvéolaire constante : augmenter la fréquence respiratoire tout en diminuant le volume courant d’air par respiration (respiration superficielle), ou diminuer la fréquence respiratoire tout en augmentant le volume courant par respiration. Dans les deux cas, la ventilation reste la même, mais le travail effectué et le type de travail nécessaire sont très différents. Le volume courant et la fréquence respiratoire sont étroitement régulés lorsque la demande en oxygène augmente.

Il existe deux types de travail effectué pendant la respiration, le travail résistant au flux et le travail élastique. Le travail résistif au flux fait référence au travail des alvéoles et des tissus du poumon, tandis que le travail élastique fait référence au travail des muscles intercostaux, de la paroi thoracique et du diaphragme. L’augmentation de la fréquence respiratoire augmente le travail de résistance à l’écoulement des voies respiratoires et diminue le travail élastique des muscles. La diminution de la fréquence respiratoire inverse le type de travail nécessaire.

Surfactant

L’interface air-tissu/eau des alvéoles présente une tension superficielle élevée. Cette tension superficielle est similaire à la tension superficielle de l’eau à l’interface liquide-air d’une gouttelette d’eau qui résulte de la liaison des molécules d’eau entre elles. Le tensioactif est un mélange complexe de phospholipides et de lipoprotéines qui réduit la tension superficielle existant entre le tissu alvéolaire et l’air présent dans les alvéoles. En abaissant la tension superficielle du fluide alvéolaire, il réduit la tendance des alvéoles à s’effondrer.

Le surfactant fonctionne comme un détergent pour réduire la tension superficielle et permet un gonflage plus facile des voies respiratoires. Lorsqu’un ballon est gonflé pour la première fois, il faut un grand effort pour étirer le plastique et commencer à gonfler le ballon. Si un peu de détergent était appliqué à l’intérieur du ballon, l’effort ou le travail nécessaire pour commencer à gonfler le ballon diminuerait, et il deviendrait beaucoup plus facile de commencer à gonfler le ballon. Ce même principe s’applique aux voies respiratoires. Une petite quantité de surfactant dans les tissus des voies respiratoires réduit l’effort ou le travail nécessaire pour gonfler ces voies respiratoires. Les bébés nés prématurément ne produisent parfois pas assez de surfactant. Par conséquent, ils souffrent du syndrome de détresse respiratoire, car il faut plus d’efforts pour gonfler leurs poumons. Le surfactant est également important pour empêcher l’effondrement des petites alvéoles par rapport aux grandes alvéoles.

Résistance et compliance pulmonaires

Les maladies pulmonaires réduisent le taux d’échange gazeux dans et hors des poumons. Deux causes principales de la diminution des échanges gazeux sont la compliance (degré d’élasticité du poumon) et la résistance (degré d’obstruction des voies respiratoires). Un changement de l’une ou l’autre peut modifier considérablement la respiration et la capacité à absorber de l’oxygène et à rejeter du dioxyde de carbone.

Figure 1. Le rapport entre le VEMS et la CVF.

Le rapport entre le VEMS (la quantité d’air qui peut être expirée de force en une seconde après une inspiration profonde) et la CVF (la quantité totale d’air qui peut être expirée de force) peut être utilisé pour diagnostiquer si une personne souffre d’une maladie pulmonaire restrictive ou obstructive. Dans le cas d’une maladie pulmonaire restrictive, la CVF est réduite mais les voies respiratoires ne sont pas obstruées, ce qui permet à la personne d’expulser l’air assez rapidement. Dans le cas d’une maladie pulmonaire obstructive, l’obstruction des voies respiratoires entraîne une expiration lente ainsi qu’une réduction de la CVF. Ainsi, le rapport VEMS/CVF est plus faible chez les personnes atteintes d’une maladie pulmonaire obstructive (moins de 69 %) que chez les personnes atteintes d’une maladie restrictive (88 à 90 %).

Maladies restrictives

Les exemples de maladies restrictives sont le syndrome de détresse respiratoire et la fibrose pulmonaire. Dans ces deux maladies, les voies respiratoires sont moins compliantes et elles sont raides ou fibrosées. Il y a une diminution de la compliance parce que le tissu pulmonaire ne peut pas se plier et bouger. Dans ces types de maladies restrictives, la pression intrapleurale est plus positive et les voies respiratoires s’affaissent à l’expiration, ce qui emprisonne l’air dans les poumons. La capacité vitale forcée ou fonctionnelle (CVF), qui est la quantité d’air pouvant être expirée de force après avoir pris la respiration la plus profonde possible, est beaucoup plus faible que chez les patients normaux, et le temps nécessaire pour expirer la plus grande partie de l’air est considérablement prolongé (figure 1). Un patient souffrant de ces maladies ne peut pas expirer la quantité normale d’air.

Maladies obstructives

Les maladies et affections obstructives comprennent l’emphysème, l’asthme et l’œdème pulmonaire. Dans l’emphysème, qui résulte le plus souvent du tabagisme, les parois des alvéoles sont détruites, ce qui diminue la surface d’échange des gaz. La compliance globale des poumons est augmentée, car lorsque les parois alvéolaires sont endommagées, le recul élastique des poumons diminue en raison d’une perte de fibres élastiques, et davantage d’air est piégé dans les poumons à la fin de l’expiration. L’asthme est une maladie dans laquelle l’inflammation est déclenchée par des facteurs environnementaux. L’inflammation obstrue les voies respiratoires. L’obstruction peut être due à un œdème (accumulation de liquide), à des spasmes des muscles lisses des parois des bronchioles, à une augmentation de la sécrétion de mucus, à des lésions de l’épithélium des voies respiratoires ou à une combinaison de ces phénomènes. Les personnes souffrant d’asthme ou d’œdème connaissent une occlusion accrue due à l’augmentation de l’inflammation des voies respiratoires. Cela tend à bloquer les voies respiratoires, empêchant le mouvement correct des gaz (figure 1). Ceux qui souffrent de maladies obstructives ont de grands volumes d’air piégés après l’expiration et respirent à un volume pulmonaire très élevé pour compenser le manque de recrutement des voies aériennes.

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