Aspects anatomiques et physiologiques de l’appareil respiratoire

Les explorations fonctionnelles respiratoires (EFR) regroupent l’ensemble des investigations permettant de mesurer les variables quantifiables de la fonction respiratoire. C’est le complément indispensable de l’examen clinique et radiographique en pneumologie. La fonction respiratoire peut être définie comme l’ensemble des processus aboutissant aux échanges gazeux entre un organisme et son environnement. Chez l’homme la respiration se subdivise en quatre composantes : la ventilation, le débit sanguin, la diffusion et le contrôle ventilatoire. Les EFR comprennent classiquement :
– la mesure des volumes pulmonaires et des débits ventilatoires forcés,
– la mesure des gaz du sang,
– l’étude de la mécanique respiratoire, de la fonction des muscles respiratoires, de la commande ventilatoire,
– la mesure de la capacité de transfert de l’oxyde de carbone,
– les épreuves d’exercice,
– le cathétérisme cardiaque droit.
La fonction respiratoire est assurée par les poumons et elle est sous forme de phénomènes d’ordre mécaniques et chimiques.

➤ Sur le plan mécanique, la respiration se fait en deux temps :
•  Un premier temps au cours duquel il y a excursion des poumons et expansion de la cage thoracique c’est l’inspiration.
•  Un deuxième temps qui amène une incursion des poumons et de la cage thoracique c’est l’expiration.

➤ Sur le plan chimique, la respiration fait intervenir des phénomènes d’échange gazeux :
•  Lors de l’inspiration, il y a pénétration d’oxygène O2 dans les poumons.
•  Lors de l’expiration, il y a rejet du gaz carbonique CO2 par les poumons.
L’appareil respiratoire permet alors les échanges gazeux alvéolo-capillaires entre les liquides circulant et le milieu environnant en assurant la fixation d’oxygène par l’hémoglobine et le rejet du gaz carbonique conformément aux lois de diffusion des gradients de concentration d’oxygène et du gaz carbonique.

Anatomie du système respiratoire

L’appareil respiratoire est formé d’un ensemble d’organes :
•  l’arbre respiratoire,
•  les poumons,
•  les muscles respiratoires,
•  le cœur,
•  les gros vaisseaux.

L’arbre respiratoire

L’arbre respiratoire est ainsi nommé parce qu’il ressemble à un arbre à l’envers. Il comprend :
a- Les voies aériennes supérieures :
•  Le nez
•  La bouche
•  L’arrière-gorge : oropharynx
•  Le larynx : carrefour situé entre la bouche et l’œsophage. C’est là que les voies respiratoires croisent les voies digestives.

b- La trachée :
C’est un gros conduit constitué d’une vingtaine d’anneaux, cartilagineux (le cartilage est à la fois rigide et flexible).Elle permet le passage de l’air vers les poumons. La trachée se prolonge par :

c- Les bronches :
Deux bronches principales, desservent le poumon droit et le poumon gauche. Chacune de ces bronches se subdivise en arrivant aux poumons (au niveau du hile) en bronches lobaires puis segmentaires. Par la suite, elles se divisent en bronches de plus en plus petites, jusqu’aux bronchioles.

d- Les bronchioles :
Elles n’ont pas de cartilage, sont fines comme des cheveux et se terminent par des minuscules sacs plein d’air : les alvéoles pulmonaires.

e- Les alvéoles pulmonaires :  
Elles sont au nombre d’environ 200 millions et représenteraient une surface de 100 m² si elles étaient étalées.
• quand vous inspirez, les alvéoles se gonflent,
• quand vous expirez, elles diminuent de volume en se vidant.

Les poumons

Ils sont constitués par les bronchioles, les alvéoles et les capillaires pulmonaires.
◆  Le poumon droit est constitué de trois lobes.
◆  Le poumon gauche, de deux lobes. Sa face interne présente un emplacement où se loge le cœur.
◆  La plèvre est une mince membrane à deux feuillets, dont l’un tapisse la paroi intérieure du thorax et l’autre la face externe des poumons. Entre les deux feuillets de la plèvre, une infime quantité de liquide (liquide intra pleurale) permet aux poumons de glisser doucement à l’intérieur de la cage thoracique.

Les muscles de la respiration 

Les muscles de la respiration sont les muscles qui déplacent les côtes et modifient ainsi le volume de la cage thoracique.

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Le diaphragme se situe en dessous de la cage thoracique et sépare cette dernière de l’abdomen. C’est le muscle le plus important pour la respiration, actif à l’inspiration. L’inspiration se fait grâce à la contraction du muscle diaphragmatique et l’expiration se fait par simple relaxation thoracique D’autres muscles interviennent au cours des respirations forcées :
◆  les muscles intercostaux (entre les côtes),
◆  les muscles abdominaux, les muscles du cou, les muscles du nez etc….

Le cœur

C’est un muscle dont la taille normale est de la grosseur du poing. Il fonctionne comme une pompe, en aspirant le sang oxygéné provenant des veines pulmonaires et en le renvoyant dans l’organisme au moyen des contractions auriculo-ventriculaires gauche par le biais de l’artère aortique à travers la valve aortique.

Physiologie de l’appareil respiratoire

– La respiration correspond à deux mécanismes : l’inspiration qui fournit l’oxygène de l’air à l’organisme et l’expiration qui permet d’éliminer le CO2.Cet échange gazeux se produit au niveau des poumons, dans les alvéoles pulmonaires grâce à une différence de pression entre les deux côtés (un gaz s’écoule du milieu le plus concentré vers le moins concentré).
– Le terme de respiration a aussi un autre sens lorsqu’il correspond aux réactions chimiques oxydatives à l’intérieur des cellules de l’organisme : c’est la respiration cellulaire (elle correspond à la consommation d’oxygène au niveau cellulaire pour dégrader le glucose ou les lipides et produisant du CO2.qui est donc un déchet de cette dégradation).
– L’échange gazeux au niveau des alvéoles pulmonaires s’effectue par diffusion (dite alvéolo-capillaire) grâce à un mécanisme appelée la ventilation pulmonaire qui correspond à l’ensemble des mouvements respiratoires assurant le renouvellement de l’air passant par les poumons. Ces mouvements se font grâce aux muscles respiratoires intercostaux et diaphragme (muscle fin à la base des poumons qui sépare la cage thoracique de l’abdomen).
– La respiration est un phénomène automatique et spontané. Au repos, le rythme ou fréquence respiratoire d’un adulte moyen est de 16 respirations par minute.
– Chaque jour, un adulte inspire environ 8000 litres d’air (à raison de 0,5 litre d’air environ par inspiration).

Table des matières

Introduction générale
Chapitre I : Aspects anatomiques et physiologiques de l’appareil respiratoire
I.1 Introduction
I.2 Anatomie du système respiratoire
I.2.1 L’arbre respiratoire
I.2.2 Les poumons
I.2.3 Les muscles de la respiration
I.2.4 Le cœur
I.3 Physiologie de l’appareil respiratoire
I.3.1 Les mécanismes respiratoires
I.3.2 Paramètres respiratoires
I.4 Etats des lieux concernant les méthodes de mesure des volumes et débits respiratoires
I.4.1 Mesure des volumes non mobilisable
I.4.2 Mesure des volumes mobilisables
I.5 Conclusion
Chapitre II : Etude des capteurs de pression différentielle
II.1 Introduction
II.2 Définition de la pression
II.3 Les Différents types de pressions
II.3.1 La pression absolue
II.3.2 La pression atmosphérique
II.3.3 La pression relative
II.3.4 La pression différentielle
II.3.5 La pression hydrostatique
II.3.6 La pression hydrodynamique
II.3.7 La dépression
II.4 Le capteur à pression
II.4.1 Principe
II.4.2 Les capteurs différentiels
II.5 Etude d’un capteur de pression à inductance variable
II.5.1 Principe générale
II.5.2 L’expression entre le déplacement et la variation relative
II.6 Conclusion
Chapitre III : Le pneumotachographe de Fleisch
III.1 Introduction
III.2 Le pneumotachographe de type Fleisch
III.3 Application de la loi de Poiseuille
III.4 Expérience de Reynolds
III.5 Conclusion
Chapitre IV :Etude et réalisation de la carte de conditionnement du capteur de pression
IV.1 Introduction
IV.2 Réalisation du circuit oscillateur
IV.2.1 Les oscillateurs
IV.2.2 Oscillateur à pont de Wien
IV.2.3 Le signal U(t) au point PM
IV.3 Réalisation du circuit de détecteur
IV.3.1 Principe de fonctionnement d’un détecteur d’enveloppe
IV.3.2 Les conditions à satisfaire pour une bonne démodulation
IV.4 La mise en forme du signal respiratoire
IV.4.1 Amplification
IV.4.2 Le filtrage
IV.4.3 Circuits de mise en forme (offset)
IV.5 Conclusion
Conclusion générale

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