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Physiologie de Ganong et Levy | on ventriculaire. La r duction du d bit cardiaque qui en r sulte r duit encore la pression art rielle, un exemple classique de m canisme de r troaction positive. De plus, la r duction du flux sanguin vers les tissus p riph riques entra ne une accumulation de m tabolites vasodilatateurs qui diminuent la r sistance p riph rique et aggravent donc la chute de la pression art rielle. Un flux sanguin insuffisant lors d une h morragie affecte le m tabolisme de toutes les cellules. La diminution de l apport d O2 aux cellules acc l re la production tissulaire d acide lactique et d autres m tabolites acides. De plus, une insuffisance r nale emp che l excr tion ad quate de l exc s de H+, ce qui entra ne une acidose m tabolique g n ralis e. L'effet d presseur de l'acidose sur le c ur est une r duction suppl mentaire de la perfusion tissulaire, ce qui aggrave l'acidose m tabolique. L'acidose r duit galement la r activit du c ur et des vaisseaux r sistants aux cat cholamines circulantes et lib r es par les neurones et intensifie ainsi l'hypotension. L'hypotension en cas de choc r duit le flux sanguin c r bral. Des degr s mod r s d'isch mie c r brale induisent stimulation nerveuse sympathique prononc e du c ur, des art rioles et des veines, comme indiqu pr c demment. Cependant, en cas d'hypotension s v re, les centres cardiovasculaires du tronc c r bral finissent par devenir d prim s en raison d'un flux sanguin c r bral inad quat. La perte du tonus sympathique qui en r sulte r duit alors le d bit cardiaque et la r sistance p riph rique. La r duction cons quente de Pa intensifie la perfusion c r brale insuffisante. Les opio des endog nes, tels que les enk phalines et la endorphine, peuvent tre lib r s dans la substance c r brale et dans la circulation en r ponse aux m mes stress qui provoquent un choc circulatoire. Les opio des sont stock s, avec les cat cholamines, dans les granules s cr toires de la m dullosurr nale et dans les terminaisons nerveuses sympathiques, et ils sont lib r s ensemble en r ponse au stress. Des stimuli similaires provoquent la lib ration d'endorphine et d'hormone adr nocorticotrope par l'hypophyse ant rieure. Les opio des d priment les centres du tronc c r bral qui assurent la m diation de certaines adaptations autonomes compensatoires la perte de sang, l'endotox mie et d'autres stress provoquant un choc. l inverse, la naloxone, un antagoniste des opo des, am liore la fonction cardiovasculaire et les taux de survie dans diverses formes de choc. Les alt rations de la coagulation sanguine apr s une h morragie sont g n ralement biphasiques. Une phase initiale d'hypercoagulabilit est suivie d'une phase secondaire d'hypocoagulabilit et de fibrinolyse. Dans la phase initiale, les plaquettes et les leucocytes adh rent l'endoth lium vasculaire et des caillots intravasculaires, ou thrombus, se d veloppent quelques minutes apr s le d but d'une h morragie grave. Ce ph nom ne, appel coagulation intravasculaire diss min e (CIVD), se produit lorsque la thrombine est activ e et provoque un d p t tendu de fibrine dans les vaisseaux de diam tre troit et moyen. La phase initiale est encore renforc e par la lib ration de thromboxane A2 partir de divers tissus isch miques. Le thromboxane A2 agr ge les plaquettes. mesure que davantage de plaquettes s agr gent, davantage de thromboxane A2 est lib r et davantage de plaquettes sont pi g es. Cette forme de r troaction positive intensifie et prolonge la tendance la coagulation. Les cytokines inflammatoires (interleukine-6, facteur de n crose tumorale) contribuent galement la CIVD. Le taux de mortalit d certaines proc dures classiques provoquant un choc a t consid rablement r duit gr ce l'administration d'anticoagulants tels que l'h parine. Aux stades ult rieurs de l hypotension h morragique, le temps de coagulation est prolong et la fibrinolyse est importante. La fibrinolyse se produit lorsque les facteurs de coagulation et les plaquettes sont puis s. D pression du syst me phagocytaire mononucl aire Au cours de l'hypotension h morragique, la fonction MPS devient d prim e. L'activit phagocytaire du MPS est modul e par une prot ine opsonique. L'activit opsonique dans le plasma diminue pendant le choc, et ce changement peut expliquer en partie la d pression de la fonction MPS. En cons quence, les m canismes de d fense antibact riens et antitoxines sont alt r s. L'hypoperfusion supprime galement la fonction barri re des jonctions adh rentes et des jonctions serr es dans le 1. Deux relations importantes entre le d bit cardiaque (Qh) et la pression veineuse centrale (Pv) pr dominent dans le syst me cardiovasculaire. En ce qui concerne le c ur, Qh varie directement avec Pv (ou pr charge) sur une tr s large plage de Pv. Cette relation est repr sent e par la courbe de la fonction cardiaque et exprime le m canisme de Frank-Starling. Dans le syst me vasculaire, Pv varie dans l' pith lium intestinal. Les endotoxines de la flore b |
Physiologie de Ganong et Levy | act rienne normale de l'intestin p n trent constamment dans la circulation. Habituellement, ils sont inactiv s par les MPS, principalement au niveau du foie. La perturbation de la barri re pith liale intestinale, associ e la d pression du MPS, permet ces endotoxines d'envahir la circulation g n rale. Les endotoxines produisent une vasodilatation profonde et g n ralis e, principalement en induisant la synth se d'une isoforme de l'oxyde nitrique synthase dans le muscle lisse des vaisseaux sanguins de tout le corps. La vasodilatation profonde aggrave les changements h modynamiques provoqu s par la perte de sang. En plus de leur r le d'inactivation des endotoxines, les macrophages lib rent de nombreux m diateurs associ s au choc. Ces m diateurs comprennent les hydrolases acides, les prot ases neutres, les radicaux libres oxyg n s, certains facteurs de coagulation et les d riv s d'acide arachidonique suivants : les prostaglandines, les thromboxanes et les leucotri nes. Les macrophages lib rent galement certaines monokines qui modulent la r gulation de la temp rature, m tabolisme interm diaire, s cr tion hormonale et syst me immunitaire. Interactions des m canismes de r troaction positive et n gative L'h morragie provoque une multitude de troubles circulatoires et m taboliques. Certains de ces changements sont compensatoires et d autres sont d compensatoires. Certains de ces m canismes de r troaction poss dent un gain lev et d autres un gain faible. De plus, le gain de tout m canisme sp cifique varie en fonction de la gravit de l'h morragie. Par exemple, avec seulement une l g re perte de sang, la Pa est maintenue dans la plage normale et le gain des r flexes baror cepteurs est lev . En cas de pertes sanguines plus importantes, lorsque Pa est inf rieure 60 mm Hg (c'est- -dire en dessous du seuil des baror cepteurs), des r ductions suppl mentaires de la pression n'ont aucune influence suppl mentaire via les r flexes baror cepteurs. Ainsi, en dessous de cette pression critique, le gain r flexe des baror cepteurs est nul ou proche de z ro. En g n ral, avec des pertes sanguines mineures, les gains des m canismes de r troaction n gative sont lev s, tandis que ceux des m canismes de r troaction positive sont faibles. L inverse est vrai en cas d h morragie plus grave. Les gains des diff rents m canismes s'additionnent alg briquement. Par cons quent, le d veloppement d un cercle vicieux d pend du fait que la somme des gains positifs et n gatifs d passe 1. Les gains totaux sup rieurs 1 sont, bien entendu, plus susceptibles de se produire en cas de pertes de sang importantes. Par cons quent, pour viter un cercle vicieux, les h morragies graves doivent tre trait es rapidement et intensivement, de pr f rence par transfusion de sang total, avant que le processus ne devienne irr versible. inversement avec Qh. Cette relation est repr sent e par la courbe de la fonction vasculaire et refl te le fait que, mesure que Qh augmente, une plus grande fraction du volume sanguin total r side dans les art res et un plus petit volume r side dans les veines. 2. Les principaux m canismes cardiaques qui r gissent le d bit cardiaque sont les changements dans le nombre de ponts transversaux myocardiques qui interagissent et dans l'affinit des prot ines contractiles pour le Ca++. Les principaux facteurs qui r gissent la courbe de la fonction vasculaire sont la compliance art rielle et veineuse, la r sistance vasculaire p riph rique et le volume sanguin total. 3. Les valeurs d' quilibre de Qh et Pv qui pr valent dans un ensemble de conditions donn es sont d termin es par l'intersection des courbes des fonctions cardiaque et vasculaire. des fr quences cardiaques tr s basses et tr s lev es, le c ur est incapable de produire un Qh ad quat. des fr quences cardiaques tr s basses, l'augmentation du remplissage pendant la diastole ne peut pas compenser le petit nombre de contractions cardiaques par minute. des fr quences cardiaques tr s lev es, le grand nombre de contractions par minute ne peut compenser le temps de remplissage insuffisant. 4. La gravit influence Qh parce que les veines sont tr s souples et que des quantit s importantes de sang ont tendance s'accumuler dans les veines des parties d pendantes du corps. La respiration modifie le gradient de pression entre les veines intrathoraciques et extrathoraciques. Par cons quent, la respiration sert de pompe auxiliaire, qui peut affecter le niveau moyen de Qh et induire des changements rythmiques du volume systolique au cours des diff rentes phases du cycle respiratoire. 5. En pr vision de l'exercice, l'influx du nerf vague vers le c ur est inhib et le syst me nerveux sympathique est activ par commande centrale. Le r sultat est une augmentation de la fr quence cardiaque, de la force contractile du myocarde et de la r sistance vasculaire r gionale. De plus, la r sistance vasculaire augmente au niveau de la peau, des reins, des r gions splanchniques et d |
Physiologie de Ganong et Levy | es muscles inactifs et diminue nettement dans les muscles actifs. L'effet global est une r duction prononc e de la r sistance p riph rique totale, Eijsvogels TMH, Fernandez AB, Thompson PD. Y a-t-il des effets cardiaques d l t res li s aux exercices d endurance aigus et chroniques ? Physiol R v. 2016;96:99. Fernandes T, Bara na VG, Negr o CE et al. L entra nement aux exercices a robies favorise le remodelage cardiaque physiologique impliquant un ensemble de microARN. Suis J Physiol. 2015;309 :H543. Gruen RL, Brohi K, Schreiber M et al. Contr le des h morragies chez les patients gravement bless s. Lancette. 2012;380:1099. ce qui, associ l'action de pompage auxiliaire des muscles squelettiques en contraction, augmente consid rablement le retour veineux. L'augmentation de la fr quence cardiaque et de la contractilit du myocarde, toutes deux induites par l'activation des nerfs sympathiques cardiaques, permet au c ur de transf rer le sang vers les circulations pulmonaire et syst mique, augmentant ainsi le d bit cardiaque. Le volume systolique n augmente que l g rement. La consommation d'O2 et l'extraction sanguine d'O2 augmentent, et la pression systolique et la pression art rielle moyenne augmentent l g rement. mesure que la temp rature corporelle augmente pendant l exercice, les vaisseaux sanguins cutan s se dilatent. Cependant, lorsque la fr quence cardiaque atteint son maximum lors d un exercice intense, les vaisseaux cutan s se contractent. Cela augmente le volume sanguin effectif mais provoque une augmentation plus importante de la temp rature corporelle et une sensation d' puisement. Le facteur limitant la performance physique est l apport de sang aux muscles actifs. 6. Une perte de sang aigu induit une tachycardie, une hypotension, une constriction art riolaire g n ralis e et une veinoconstriction g n ralis e. La perte de sang aigu fait appel un certain nombre de m canismes de r troaction n gative (compensatoires), tels que les r flexes baror cepteurs et chimior cepteurs, les r ponses une isch mie c r brale mod r e, la r absorption des fluides tissulaires, la lib ration de vasoconstricteurs endog nes et la conservation r nale de l'eau et des lectrolytes. La perte de sang aigu fait galement appel un certain nombre de m canismes de r troaction positive (d compensatoires), tels que l'insuffisance cardiaque, l'acidose, la d pression du syst me nerveux central, les aberrations de la coagulation sanguine et la d pression du syst me phagocytaire mononucl aire. L issue d une perte de sang aigu d pend de la somme des gains des m canismes de r troaction positive et n gative et des interactions entre ces m canismes. Laughlin MH, Korthuis RJ, Duncker DJ et coll. Contr le du flux sanguin vers les muscles cardiaques et squelettiques pendant l'exercice. Dans : Rowell LB, Shepherd JT, d. Manuel de physiologie, Section 12 : Exercice : R gulation et int gration de plusieurs syst mes. Bethesda, MD : Oxford University Press ; 1996. Lavie CJ, Arena R, Swift DL et coll. Exercice et syst me cardiovasculaire : science clinique et r sultats cardiovasculaires. Circ R s. 2015;117:207. Valparaiso AP, Vicente DA, Bograd BA et al. Mod lisation d'une blessure traumatique aigu . J Surg R s. 2015 ; 194 : 220. SECTION 5Le syst me respiratoire MICHELLE M. CLOUTIER ET ROGER S. THRALL la fin de ce chapitre, l' tudiant devrait tre en mesure de r pondre aux questions suivantes : 1. Expliquer les relations structure/fonction anatomiques des composants sup rieurs et inf rieurs du syst me respiratoire. 2. Comparez et contrastez les syst mes circulatoires pulmonaire et bronchique. 3. Expliquer les relations entre l'innervation et les muscles dans le contr le de la respiration. 4. Comparez et contrastez les r les des voies respiratoires conductrices et des composants de l'unit respiratoire. 5. Comparez et contrastez les effets de la stimulation des syst mes nerveux parasympathique et sympathique sur les r ponses respiratoires. 6 D crire le d veloppement pulmonaire et la r paration alv olaire apr s une blessure jusqu' la r g n ration de l'architecture normale. La fonction principale des poumons est l change gazeux, qui consiste d placer l oxyg ne (O2) dans le corps et liminer le dioxyde de carbone (CO2). Ce chapitre donne un aper u des relations structure/fonction anatomique des poumons (c'est- -dire les voies respiratoires sup rieures et inf rieures, les deux syst mes circulatoires, l'innervation et les muscles), le d veloppement pulmonaire (au stade embryonnaire et tout au long de la vie) et la r paration pulmonaire. Ce chapitre est con u pour fournir une compr hension conceptuelle g n rale des interactions structure/fonction et n est pas destin fournir une compr hension compl te des structures et de l anatomie pulmonaires individuelles. Les poumons sont contenus dans un espace d un volume d environ 4 L, mais ils ont une surface d change gazeux de la taille d un court de tennis ( 85 m2). Cette v |
Physiologie de Ganong et Levy | aste surface est compos e de myriades d unit s respiratoires fonctionnant de mani re ind pendante. Contrairement au c ur, mais comme les reins, les poumons d montrent une unit fonctionnelle ; c'est- -dire que chaque unit est structurellement identique et fonctionne comme toutes les autres unit s. tant donn que les divisions du poumon et les sites de la maladie sont d sign s par leur emplacement anatomique (par exemple, lobe sup rieur droit, lobe inf rieur gauche), il est essentiel de comprendre l'anatomie pulmonaire afin de comprendre la physiologie respiratoire et les alt rations physiopathologiques des maladies respiratoires. Voies respiratoires sup rieures : nez, sinus et pharynx Le syst me respiratoire commence au nez et se termine dans l'alv ole la plus distale. Ainsi la cavit nasale, le pharynx post rieur, la glotte et les cordes vocales, la trach e et toutes les divisions de l'arbre trach obronchique sont inclus dans le syst me respiratoire. Les voies respiratoires sup rieures comprennent toutes les structures allant du nez aux cordes vocales, y compris les sinus et le larynx, tandis que les voies respiratoires inf rieures comprennent la trach e, les voies respiratoires et les alv oles. Les voies respiratoires sup rieures conditionnent l air inspir de sorte qu au moment o l air atteint la trach e, l air inspir soit la temp rature du corps et compl tement humidifi . Le nez fonctionne galement pour filtrer, pi ger et liminer les particules d une taille sup rieure 10 m. L'int rieur du nez est tapiss de cellules pith liales respiratoires entrecoup es de cellules s cr toires de surface. Ces cellules s cr toires produisent d importantes immunoglobulines, m diateurs inflammatoires et interf rons, qui constituent la premi re ligne de d fense de l h te. Les sinus paranasaux (frontal, maxillaire, sph no de et ethmo de) sont tapiss s de cellules pith liales cili es et entourent les voies nasales ( Figure 20.1A). Les cils facilitent le mouvement du mucus des voies respiratoires sup rieures et d gagent les principales voies nasales environ toutes les 15 minutes. Les fonctions des sinus sont (1) de r duire le poids du cr ne, ce qui facilite la posture verticale ; (2) offrir une r sonance la voix ; et (3) prot ger le cerveau des traumatismes frontaux. Le liquide recouvrant leurs surfaces est continuellement propuls dans le nez. Dans certains sinus (par exemple le sinus maxillaire), l ouverture (ostium) se trouve sur le bord sup rieur, ce qui les rend particuli rement sensibles la r tention de mucus. Les ostiums sont facilement obstru s par un d me nasal (gonflement), et une r tention des s cr tions et une infection secondaire (sinusite) peuvent en r sulter. Le volume du nez chez un adulte est d'environ 20 ml, mais sa surface est consid rablement augment e par les cornets nasaux, qui sont une s rie de trois rubans continus de tissu qui font saillie dans la cavit nasale (voir Figure 20.1B ). Le nez permet le sens de l'odorat. Les terminaisons neuronales situ es dans le toit du nez, au-dessus du cornet sup rieur, transportent les impulsions travers la plaque cribl e jusqu'au bulbe olfactif. Le pharynx est divis en trois sections : le nasopharynx, l'oropharynx et le laryngopharynx. Important Fig. 20.1 Illustrations de l'anatomie des voies respiratoires sup rieures. A, vue ant rieure des sinus paranasaux. B, vue lat rale des structures des voies nasales montrant les cornets sup rieurs, moyens et inf rieurs et les ostiums des sinus. C, vue en coupe sagittale m diane lat rale de la t te et du cou, montrant les trois divisions du pharynx (nasopharynx, oropharynx et laryngopharynx) et les structures environnantes des voies respiratoires sup rieures. CHAPITRE 20 Introduction au syst me respiratoire 435 structures au sein de ces r gions comprennent l' piglotte, les cordes vocales et le cartilage aryt no de qui est attach aux cordes vocales (voir Figure 20.1C ). Le nasopharynx (2 3 cm de large et 3 4 cm de long) est le plus ant rieur et se situe derri re le nez. Dans cette r gion, le nez et la bouche sont reli s par un isthme (canaux) qui permet la respiration orale et nasale. En outre, le nasopharynx contient de petites masses de tissu lympho de (ad no des), galement appel s amygdales pharyng es, qui combattent les infections. Le nasopharynx est reli la cavit de l'oreille moyenne via les trompes d'Eustache, qui aident galiser la pression dans l'oreille avec la pression atmosph rique ; ils repr sentent donc une voie de drainage du liquide lymphatique entre la gorge, le nez et les oreilles. Ce r seau de structures constitue un moyen de lutter contre les infections mais constitue galement un lieu fr quent d'infections au niveau de la t te. Le palais mou s pare le nasopharynx et l'oropharynx, qui se termine l' piglotte. Le laryngopharynx commence l' piglotte et se termine l' sophage. Son r le majeur est d aider r guler le passage des aliments dans l sophage et de |
Physiologie de Ganong et Levy | l air dans les poumons. Avec certaines infections, ces structures peuvent devenir d mateuses et contribuer de mani re significative la r sistance au flux d air. L' piglotte et le cartilage aryt no de (attach s aux cordes vocales) recouvrent ou agissent comme un capuchon sur les cordes vocales lors de la d glutition. Ainsi, dans des circonstances normales, l piglotte et le cartilage aryt no de fonctionnent pour emp cher l aspiration d aliments et de liquides dans les voies respiratoires inf rieures. L acte d avaler de la nourriture apr s la mastication (m cher) se produit g n ralement dans les 2 secondes et est troitement synchronis avec les r flexes musculaires qui coordonnent l ouverture et la fermeture des voies respiratoires. Par cons quent, l air peut p n trer dans les voies respiratoires inf rieures et les aliments et les liquides sont exclus. Les patients atteints de certaines maladies neuromusculaires ont des r flexes musculaires alt r s et peuvent perdre ce m canisme de d glutition coordonn . Ces patients peuvent devenir sensibles l aspiration d aliments et de liquides, ce qui pr sente un risque de pneumonie. Voies respiratoires inf rieures : trach e, bronches, bronchioles et unit respiratoire Le poumon droit, situ dans l'h mithorax droit, est divis en trois lobes (sup rieur, moyen et inf rieur) par deux fissures interlobulaires (obliques, horizontales), tandis que le poumon gauche, situ dans l'h mithorax gauche, est divis en deux lobes ( sup rieure, y compris la lingula, une projection en forme de langue de la face ant rieure du lobe sup rieur, et inf rieure) par une fissure oblique ( Figure 20.2 ). Les poumons droit et gauche sont recouverts d une fine membrane appel e pl vre visc rale et entour s d une autre membrane appel e pl vre pari tale. L'interface de ces deux pl vres permet un glissement fluide du poumon mesure qu'il se dilate dans la poitrine et produit un espace potentiel. L'air peut p n trer entre les pl vres visc rales et pari tales par un traumatisme, une intervention chirurgicale ou la rupture d'un groupe d'alv oles ; la condition qui en r sulte est un pneumothorax. Du liquide peut galement p n trer dans cet espace et cr er un panchement pleural ou, en cas d'infection grave, un empy me. Figue. 20.2 Illustrations de la topographie du poumon avec vues ant rieure et post rieure, d montrant les lobes, les segments et les fissures. Les fissures (ou gouffres) d limitent les lobes de chaque poumon. Les nombres font r f rence des segments broncho-pulmonaires sp cifiques, comme illustr dans Fig.20.3 .SVC,superiorvenacava.Lat ral 4 Ant rieur 3 Ant rieur 3 1 1 Apical 1 Apical 1 M dial 5 Inf rieur 5 Sup rieur 4 Sup rieur 6 Post rieur basal 10 VUE POST RIEURE Gauche Droite VUE ANT RIEURe LeftRight Post rieur 2 2 Basal lat ral 9 Basal lat ral 9 Basal post rieur 10 Sup rieur 6 8 8 8 C ur Ant rieur basal Lobe inf rieur Ant rieur basal Fissure oblique SVC Trach e Lobe sup rieur Lobe moyen Lobe inf rieur Ant rieur basal Fissure oblique Arc aortique Apical Lobe sup rieur Lobe inf rieur Lobe sup rieur Lobe inf rieur Lobe sup rieur Post rieur Apical Fissure horizontale La trach e se divise en deux bronches souches principales ( 20.3 ). Ces bronches souches principales se divisent ensuite (comme les branches d'un arbre) en bronches lobaires (une pour chaque lobe), qui leur tour se divisent en bronches segmentaires (Fig. 20.4 Fig. 20.3 ) puis en branches de plus en plus petites (bronchioles) jusqu' se terminer dans l'alv ole ( Fig. 20.5). Les bronches et les bronchioles diff rent non seulement par leur taille mais aussi par la pr sence de cartilage, le type d' pith lium et leur apport sanguin ( Tableau 20.1). Au-del des bronches segmentaires, les voies respiratoires se divisent selon un sch ma de ramification dichotomique ou asym trique. Les bronches, qui se distinguent par leur taille et la pr sence de cartilage, finissent par devenir des bronchioles terminales, qui sont les plus petites voies respiratoires d pourvues d'alv oles. Chaque ramification d'une voie respiratoire entra ne une augmentation du nombre de voies respiratoires de plus petit diam tre ; la surface totale de la prochaine g n ration de succursales augmente ainsi. Les bronchioles terminales se terminent par une ouverture (conduit) vers un groupe d'alv oles et sont appel es bronchioles respiratoires. La r gion du poumon aliment e par une bronche segmentaire est appel e segment bronchopulmonaire et constitue l'unit anatomique fonctionnelle du poumon. En raison de leur structure, les segments bronchopulmonaires devenus irr versiblement malades peuvent facilement tre retir s chirurgicalement. L'unit physiologique de base du poumon est l'unit changeuse de gaz (unit respiratoire), qui comprend les bronchioles respiratoires, les canaux alv olaires et les alv oles (voir Les figures. 20,4 20,5). Les bronches, qui contiennent du cartilage, et les bronchioles terminales (c'est- -dire d pourvues d'alv oles |
Physiologie de Ganong et Levy | ), dans lesquelles le cartilage est absent, servent d placer le gaz des voies respiratoires vers les alv oles et sont appel es voies respiratoires conductrices. Cette zone du poumon ( 150 ml de volume) ne participe pas aux changes gazeux et forme l'espace mort anatomique. Les bronchioles respiratoires avec alv oles et la zone commen ant Fig. 20.3 Illustration des segments broncho-pulmonaires, vue ant rieure. Lesnum roscorrespondent ceuxdans Figure 20.2 :1,apical;2,post rieur;3,ant rieur;4,lat ral (sup rieur);5,m dial (inf rieur);6,sup rieur;7,m dialbasal;8,ant rieurba sal;9,lat ralbasal;10,post rieurbasal.Themedialbasalregions( 7)sont situ sdanslar gionsup rieuredesr gionsba salpost rieures(10)dans Fig.20.2 .Lobe sup rieur Lobe moyen Lobe inf rieur Lobe sup rieur Lingula Cartilage thyro dien Cartilage crico de Trach e Bronche tige principale gauche Bronche tige principale droite 12 3 4 8 9 10 5 1 2 3 4 8 77 6 6 9 10 5 Fig. 20.4 Illustration des voies respiratoires conductrices et des unit s alv olaires du poumon. La taille relative de l'unit alv olaire est consid rablement largie. Les chiffres en bas indiquent le nombre approximatif de g n rations de la trach e aux alv oles, qui peut varier de 10 23. (De WeibelER. Morphometry of the Human Lung. Heidelberg: Springer-Verlag; 1963.) avec les bronchioles respiratoires vers les alv oles o se d roulent tous les changes gazeux. se produit. Cette r gion ne mesure qu'environ 5 mm de long, mais elle constitue le plus grand volume du poumon, avec un volume d'environ 2 500 ml et une superficie de 70 m2 lorsque le poumon et la paroi thoracique sont au volume de repos (voir Tableau 20.1 Les alv oles sont de forme polygonale et mesurent environ 250 m de diam tre. Les espaces alv olaires sont responsables de la majeure partie du volume des poumons ; ces espaces sont divis s par un tissu connu collectivement sous le nom d'interstitium. L'interstitium est compos principalement de fibres de collag ne pulmonaire et constitue un espace dans lequel le liquide et les cellules peuvent potentiellement s'accumuler. Un adulte poss de environ 5 108 alv oles ( Fig. 20.6), qui sont compos es de cellules pith liales de type I et de type II. Dans des conditions normales, les cellules de type I et de type II existent dans un rapport de 1 : 1. La cellule de type I occupe 96 98 % de la surface de l alv ole et constitue le principal site d change gazeux. Le cytoplasme mince des cellules de type I est id al pour une diffusion gazeuse optimale. De plus, la membrane basale des cellules de type I et l endoth lium capillaire sont fusionn s, ce qui minimise la distance de diffusion gazeuse et facilite ainsi les changes gazeux. Les cellules de type II sont cubo des et se trouvent g n ralement dans les coins de l alv ole, o elles occupent 2 4 % de la surface. Au cours du d veloppement embryonnaire, l pith lium alv olaire est enti rement compos de cellules de type II, et ce n est que tr s tard au cours de la gestation qu elles se diff rencient en cellules de type I et forment l pith lium alv olaire normal pour un change gazeux optimal. De plus, les cellules de type II synth tisent un surfactant pulmonaire (voir ), qui r duit la tension superficielle (propri t s antiadh sives) dans l'alv ole et favorise ainsi moins de r sistance lors de l'inspiration et de l'expiration. Les changes gazeux se produisent dans les alv oles travers un r seau dense de capillaires et d alv oles en forme de maillage appel r seau alv olaire-capillaire. La barri re entre le gaz dans les alv oles et les globules rouges n'a qu'une paisseur de 1 2 m et est constitu e de cellules pith liales alv olaires de type I, de cellules endoth liales capillaires et de leurs membranes basales respectives. L'O2 et le CO2 diffusent passivement travers cette barri re dans le plasma et les globules rouges (voir Chapitre 24). Les globules rouges traversent le r seau en moins d une seconde, ce qui est suffisant pour les changes gazeux CO2 et O2. Syst mes circulatoires dans les poumons La circulation vers les poumons est unique par sa dualit et sa capacit accueillir de grands volumes de sang basse pression. Le poumon dispose de deux r serves de sang distinctes, l'une Fig. 20.5 Les voies respiratoires de la bronchiole terminale l'alv ole. Noter l'absence d'alv oles dans la bronchiole terminale. A, alv ole ; RB, bronchiole respiratoire ; TB, bronchiole terminale. Les voies respiratoires conductrices sont impliqu es dans plusieurs maladies pulmonaires majeures collectivement appel es maladie pulmonaire obstructive, y compris l'asthme, la bronchiolite, la bronchite chronique et la fibrose kystique. L'obstruction du flux d'air dans les voies respiratoires est g n ralement caus e par une augmentation des quantit s de mucus, une inflammation des voies respiratoires et une constriction musculaire douce. nophiles, et associ une augmentation de la quantit de mucus dans les voies respir |
Physiologie de Ganong et Levy | atoires et une constriction r versible des muscles lisses des voies respiratoires (bronchospasme). Bronchiolite est une maladie des bronchioles qui survient g n ralement chez les jeunes nourrissons et est caus e par des virus, principalement le virus respiratoire syncytial. Bronchite chronique, Une maladie, g n ralement chez les personnes qui fument, est associ e une augmentation marqu e du mucus s cr tion de cellules dans les voies respiratoires et augmentation de la production de mucus. Mucoviscidose est une maladie g n tique autosomique r cessive caus e par des mutations dans le Cl Les mutations du g ne CFTR entra nent une r duction de la s cr tion de chlorure et d'eau dans le mucus recouvrant les cellules pith liales, ce qui augmente la viscosit du mucus. Cette situation entra ne une accumulation de mucus et des infections pulmonaires chroniques, principalement par P seudomonas aeruginosa. Toutes les maladies pulmonaires obstructives importantes n impliquent pas directement les voies respiratoires. Emphys me est une maladie pulmonaire obstructive et irr versible, courante chez les personnes qui fument. La pathog nie implique une destruction progressive des tissus lastiques dans les poumons avec galement une perte de la structure alv olaire/capillaire. Les m canismes de distribution ne sont pas clairs mais peuvent impliquer des enzymes prot olytiques et d'autres compos s toxiques pr sents dans la fum e de cigarette. l' lastase survient galement chez les personnes non-fumeurs pr sentant un trouble g n tique d ficit en 1-antitrypsine, caus par l'incapacit r guler les enzymes prot olytiques, en particulier l' lastase. pour l'absorption de l'O2 et l' limination du CO2 du corps (circulation pulmonaire) et l'autre pour fournir de l'O2 au tissu pulmonaire (circulation bronchique ; Figure 20.7 La circulation pulmonaire commence dans l'oreillette droite du c ur. Le sang d soxyg n de l'oreillette droite p n tre dans le ventricule droit via la valvule tricuspide, puis il est pomp sous basse pression (9 24 mm Hg) dans l'art re pulmonaire (tronc pulmonaire), qui mesure environ 3 cm 200 mPVCTB PARB AD A PV PV A I A A C C C II M10 m 200 m PAPA A A A I I I I EL C R COL E * E Nu 1,0 mB Fig. 20,6 Alv oles. A. L'unit respiratoire terminale se compose des alv oles (A) et des conduits alv olaires (AD) issus des bronches respiratoires (RB). Chaque unit est approximativement sph rique, sugg r e par le contour en pointill s. Les vaisseaux veineux pulmonaires (PV) ont une allocation p riph rique. PA, art re pulmonaire; TB, bronchiole terminale. En m daillon, cellules pith liales alv olaires de type I et II. Une grande fraction de la paroi alv olaire est constitu e de capillaires (C) et de leur contenu. B. Illustration de l'ensemble coupe d'une paroi alv olaire, montrant le chemin de diffusion de l'O2 et du CO2. L'int rieur mince de la barri re pari tale alv olaire (double fl che courte) est constitu d'un pith lium de type I (I), d'un interstitium (ast risque) form par les basalamines fusionn es des cellules pith liales et endoth liales, l'endoth lium capillaire (E), le plasma dans le capillaire alv olaire (C) et le cytoplasme du globule rouge (R). Le c t pais de la barri re d' change gazeux (double fl che longue) pr sente une accumulation d' lastine (EL), de collag ne (COL) et d'une matrice qui s pare conjointement l' pith lium alv olaire de l'endoth lium capillaire alv olaire. Nu, noyau de la cellule endoth liale capillaire. de diam tre et se ramifie rapidement (5 cm partir de la droite, une s rie progressivement plus petite de vaisseaux ramifi s - art res ventricules) dans les art res pulmonaires principales droite et gauche (diam tre, > 500 m) ; art rioles (diam tre, 10 200 m) ; qui irriguent respectivement les poumons droit et gauche. et capillaires (diam tre <10 m) qui se terminent par un complexe. Les art res de la circulation pulmonaire constituent le seul r seau de capillaires en forme de maillage d'art res. La ramification s quentielle se situe dans le corps qui transporte le sang d soxyg n . Le sch ma d soxy des art res pulmonaires suit le sch ma du sang g n r dans les art res pulmonaires qui traverse une ramification des voies respiratoires. Figue. 20,7 Illustration de la relation anatomique de l'art re pulmonaire, de l'art re bronchique, des voies respiratoires et des vaisseaux lymphatiques. A, alv oles; AD, conduits alv olaires; RB, bronchioles respiratoires; TB, bronchioles terminales. AD AD AD AD RB TB Lymphatiques Lymphatiques Nerfs vasomoteurs Veine pulmonaire Nerf bronchomoteur Art re pulmonaire Art re bronchique Bronches A A A A A Les fonctions du syst me circulatoire pulmonaire sont (1) de r oxyg ner le sang et de lib rer du CO2, (2) de contribuer l' quilibre hydrique dans les poumons et (3) de distribuer les produits m taboliques vers et depuis les poumons. Les globules rouges sont oxyg n s dans les capillaires qui entourent les alv oles |
Physiologie de Ganong et Levy | , o le lit capillaire pulmonaire et les alv oles se rejoignent dans la paroi alv olaire dans une configuration unique pour un change gazeux optimal. Les changes gazeux se font travers ce r seau alv olo-capillaire (voir Le volume sanguin total de la circulation pulmonaire est d'environ 500 ml, soit environ 10 % du volume sanguin circulant. Environ 75 ml de sang sont pr sents tout moment dans le r seau alv olo-capillaire des adultes en bonne sant . Le lit capillaire pulmonaire est le plus grand lit vasculaire du corps. Elle couvre une superficie de 70 80 m2, soit presque aussi grande que la surface alv olaire. Pendant l'exercice, le volume sanguin capillaire pulmonaire augmente de 75 ml 200 ml en raison du recrutement de nouveaux capillaires r sultant d'une augmentation de la pression et du d bit. Ce recrutement de nouveaux capillaires est une caract ristique unique des poumons et permet une compensation en p riode de stress, comme dans le cas de l'exercice. Le sang oxyg n quitte les alv oles par un r seau de petites veinules pulmonaires (15 500 m de diam tre) et de veines. Ces petits vaisseaux fusionnent rapidement pour former des veines pulmonaires plus grandes (> 500 m de diam tre), travers lesquelles le sang oxyg n retourne vers l'oreillette gauche du c ur. Contrairement aux art res, aux art rioles et aux capillaires, qui suivent de pr s les ramifications des voies respiratoires, les veinules et les veines sont assez loign es des voies respiratoires. Structure de la circulation pulmonaire Les art res de la circulation pulmonaire ont des parois minces et peu de muscles lisses. Ils sont sept fois plus souples que les vaisseaux syst miques et sont facilement extensibles. Cet tat hautement conforme des vaisseaux art riels pulmonaires n cessite une pression plus faible pour la circulation sanguine dans la circulation pulmonaire que les parois art rielles plus muscl es et non conformes de la circulation syst mique. Dans des circonstances normales, les vaisseaux de la circulation pulmonaire sont dilat s et ont un diam tre plus grand que celui des art res similaires du syst me syst mique. Tous ces facteurs contribuent un syst me circulatoire tr s souple et faible r sistance, qui facilite la circulation du sang dans la circulation pulmonaire via l'action de pompage relativement faible du ventricule droit. Ce syst me faible r sistance et faible travail explique galement pourquoi le ventricule droit est moins muscl que le ventricule gauche. Le diff rentiel de gradient de pression pour la circulation pulmonaire de l'art re pulmonaire l'oreillette gauche n'est que de 6 mm Hg (14 mm Hg dans l'art re pulmonaire moins 8 mm Hg dans l'oreillette gauche). Ce diff rentiel de gradient de pression est inf rieur 7 % du diff rentiel de gradient de pression de 87 mm Hg pr sent dans la circulation syst mique (90 mm Hg dans l'aorte moins 3 mm Hg dans l'oreillette droite). Structures des vaisseaux extra-alv olaires et alv olaires et microcirculation pulmonaire Bien qu'ils ne soient pas bien d finis anatomiquement, les vaisseaux de la circulation pulmonaire peuvent tre divis s en trois cat gories (extra-alv olaire, alv olaire et microcirculation) sur la base des diff rences dans leurs propri t s physiologiques. Les vaisseaux extra-alv olaires (art res, art rioles, veines et veinules) sont plus gros que leurs homologues syst miques. Ils ne sont pas influenc s par les changements de pression alv olaire, mais ils sont affect s par les changements de pression intrapleurale et interstitielle. Ainsi, le calibre des vaisseaux extra-alv olaires est affect par le volume pulmonaire et par l' lastine pulmonaire. des volumes pulmonaires lev s, la diminution de la pression pleurale augmente le calibre des vaisseaux extra-alv olaires, tandis qu' de faibles volumes pulmonaires, une augmentation de la pression pleurale diminue le calibre des vaisseaux. En revanche, les capillaires alv olaires r sident dans les septa interalv olaires et sont tr s sensibles aux changements de pression alv olaire mais pas aux changements de pression pleurale ou interstitielle. La ventilation pression positive augmente la pression alv olaire et comprime ces capillaires et bloque ainsi la circulation sanguine. La microcirculation pulmonaire comprend les petits vaisseaux qui participent aux changes de liquides et de solut s dans le maintien de l' quilibre hydrique dans les poumons. Structure du r seau alv olo-capillaire La ramification s quentielle des art res pulmonaires culmine dans un r seau dense de capillaires en forme de maillage qui entoure les alv oles. Ce r seau alv olo-capillaire est compos de fines cellules pith liales de l'alv ole et de cellules endoth liales des vaisseaux et de leur matrice de soutien, et il a une surface alv olaire d'environ 85 m2 (la taille approximative d'un court de tennis). La matrice structurelle et les composants tissulaires de ce r seau alv olaire-capillaire constituent la seule barr |
Physiologie de Ganong et Levy | i re entre le gaz dans les voies respiratoires et le sang dans le capillaire. Les cellules de cette barri re, d'une paisseur de 1 2 m, comprennent des cellules pith liales alv olaires de type I, des cellules endoth liales capillaires et leurs membranes basales respectives, dos dos (voir Figure 20.6B ). Entour majoritairement d air, ce r seau alv olo-capillaire constitue un environnement id al pour les changes gazeux. Les globules rouges traversent la composante capillaire de ce r seau en file indienne en moins d'une seconde, temps suffisant pour les changes gazeux CO2 et O2. En plus des changes gazeux, le r seau alv olo-capillaire r gule la quantit de liquide dans les poumons. Au niveau du capillaire pulmonaire, l' quilibre entre la pression hydrostatique et oncotique travers la paroi du capillaire entra ne un petit mouvement net de liquide hors des vaisseaux vers l'espace interstitiel. Le liquide est ensuite limin de l'interstitium pulmonaire par le syst me lymphatique et p n tre dans la circulation via la veine cave au niveau du hile pulmonaire. Chez les adultes normaux, une moyenne de 30 ml de liquide par heure est renvoy e dans la circulation par cette voie. La circulation bronchique est un syst me distinct, distinct de la circulation pulmonaire dans les poumons, qui fournit du sang art riel syst mique la trach e, aux voies respiratoires sup rieures, aux cellules s cr toires de surface, aux glandes, aux nerfs, aux surfaces pleurales visc rales, aux ganglions lymphatiques, aux art res pulmonaires et aux veines pulmonaires. . La circulation bronchique a une structure similaire celle du syst me circulatoire syst mique et perfuse les voies respiratoires sup rieures ; il n'atteint pas les bronchioles terminales ou respiratoires ni les CHAPITRE 20 Introduction aux alv oles du syst me respiratoire. Le sang veineux provenant des capillaires de la circulation bronchique circule vers le c ur soit par les v ritables veines bronchiques, soit par les veines broncho-pulmonaires. De v ritables veines bronchiques sont pr sentes dans la r gion du hile pulmonaire et le sang circule dans les veines azygos, h miazygos ou intercostales avant d'entrer dans l'oreillette droite. Les veines bronchopulmonaires sont form es par un r seau d'affluents provenant des vaisseaux circulatoires bronchiques et pulmonaires qui s'anastomosent et forment des vaisseaux avec un m lange de sang provenant des deux syst mes circulatoires. Le sang de ces vaisseaux anastomos s retourne vers l'oreillette gauche par les veines pulmonaires. Environ les deux tiers de la circulation bronchique totale sont renvoy s vers le c ur via les veines pulmonaires et cette voie d'anastomose. La circulation bronchique ne re oit qu'environ 1 % du d bit cardiaque total ; en comparaison, la circulation pulmonaire en re oit presque 100 %. En pr sence de maladies comme la mucoviscidose, les art res bronchiques, qui ne re oivent normalement que 1 2 % du d bit cardiaque, augmentent de taille (hypertrophie) et re oivent jusqu' 10 20 % du d bit cardiaque. L rosion des tissus enflamm s dans ces vaisseaux la suite d une infection bact rienne est responsable de l h moptysie (crachats de sang) qui peut survenir dans cette maladie. La respiration est automatique et sous le contr le du syst me nerveux central (SNC). Les poumons sont innerv s par le syst me nerveux autonome du syst me nerveux p riph rique (SNP), qui est sous le contr le du SNC ( Figure 20.8). Le syst me nerveux autonome comprend quatre composantes distinctes : parasympathique, sympathique, non adr nergique, non cholinergique, inhibiteur et non adr nergique, non cholinergique, stimulant. La stimulation du syst me parasympathique entra ne une constriction des muscles lisses des voies respiratoires, une dilatation des vaisseaux sanguins et une augmentation de la s cr tion de cellules glandulaires, tandis que la stimulation du syst me sympathique entra ne un rel chement des muscles lisses des voies respiratoires, une constriction des vaisseaux sanguins et une inhibition de la s cr tion glandulaire (voir Figure 26.1 ). L'unit fonctionnelle du syst me nerveux autonome est compos e de neurones pr ganglionnaires et postganglionnaires dans le SNC et de neurones postganglionnaires dans les ganglions de l'organe sp cifique. Comme pour la plupart des syst mes organiques, le SNC et le SNP travaillent de concert pour maintenir l hom ostasie. Il n y a pas d innervation motrice volontaire dans les poumons, ni de fibres douloureuses. Les fibres douloureuses se trouvent uniquement dans la pl vre. L'innervation parasympathique du poumon provient de la moelle du tronc c r bral (nerf cr nien X, nerf vague). Les fibres pr ganglionnaires des noyaux vagaux descendent dans le nerf vague jusqu'aux ganglions adjacents aux voies respiratoires et aux vaisseaux sanguins des poumons. Les fibres postganglionnaires des ganglions compl tent ensuite le r seau en innervant les cellules musculaires lisses, les |
Physiologie de Ganong et Levy | vaisseaux sanguins et les cellules pith liales bronchiques (y compris les cellules caliciformes et glandes sous-muqueuses). Dans les poumons, les fibres pr ganglionnaires et postganglionnaires Fig. 20.8 Innervation du poumon. L'innervation autonome (motrice et sensorielle) du poumon et l'alimentation des nerfs somatiques (moteurs) aux muscles intercostaux et au diaphragme sont repr sent es. contiennent des motoneurones excitateurs (cholinergiques) et inhibiteurs (non adr nergiques). L'ac tylcholine et la substance P sont des neurotransmetteurs des motoneurones excitateurs ; La dynorphine et le peptide intestinal vasoactif sont des neurotransmetteurs des motoneurones inhibiteurs. La stimulation parasympathique via le nerf vague est responsable du tonus musculaire lisse l g rement contract dans un poumon normal au repos. Les fibres parasympathiques innervent galement les glandes bronchiques et ces fibres, lorsqu'elles sont stimul es, augmentent la synth se de glycoprot ine du mucus, ce qui augmente la viscosit du mucus. L innervation parasympathique est plus importante dans les voies respiratoires plus grandes et plus limit e dans les voies respiratoires conductrices plus petites en p riph rie. Alors que la r ponse du syst me nerveux parasympathique est tr s sp cifique et locale, la r ponse du syst me nerveux sympathique a tendance tre plus g n rale. Les glandes muqueuses et les vaisseaux sanguins sont fortement innerv s par le syst me nerveux sympathique ; cependant, le muscle lisse des voies respiratoires ne l est pas. Les neurotransmetteurs des nerfs adr nergiques comprennent la noradr naline et la dopamine, bien que la dopamine n'ait aucune influence sur les poumons. La stimulation des nerfs sympathiques des glandes muqueuses augmente la s cr tion d'eau. Cela perturbe la r ponse quilibr e de l augmentation de l eau et de la viscosit entre les voies sympathiques et parasympathiques. Les fibres adr nergiques sont absentes chez l'homme. En plus de celles des syst mes sympathique et parasympathique, des terminaisons nerveuses aff rentes sont pr sentes dans l' pith lium et dans les cellules musculaires lisses des poumons. Contr le central de la respiration La respiration est un processus automatique, rythm et r gul de mani re centralis e, avec un contr le volontaire. Le SNC, en particulier le tronc c r bral, fonctionne comme le principal centre de contr le de la respiration ( Figure 20.9 ). La r gulation de la respiration n cessite (1) la g n ration et le maintien d'un rythme respiratoire ; (2) modulation de ce rythme par des boucles de r troaction sensorielle et des r flexes qui permettent une adaptation diverses conditions tout en minimisant les co ts nerg tiques ; et (3) le recrutement de muscles respiratoires capables de se contracter de mani re appropri e pour les changes gazeux. Le contr le de la respiration est d crit plus en d tail dans Cortex c r bral Centre respiratoire, moelle pini re Muscles respiratoires Poumon et paroi thoracique Barri re capillaire alv olaire Perfusion sanguine M cano-r cepteurs Chimi-r cepteurs PCO2, PO2, pH Diffusion Ventilation Influx nerveux Influx nerveux D placement de force Fig. 20.9 Sch ma fonctionnel du syst me de contr le respiratoire, d montrant les relations entre le centre de contr le respiratoire et les muscles respiratoires. Les neurones du centre respiratoire, dispers s en plusieurs groupes dans la moelle m dullaire, d montrent une action cyclique spontan e. la vitalit , mais sont fortement influenc s par les stimulides descendant du cortex c r bral (contr le volitionnel) et de deux boucles soryiques: les voies des m canor cepteurs et des chimior cepteurs. La ventilation et la perfusion se produisent ensemble pr s de la partie inf rieure du cycle, et leur sortie d termine la pression partielle des fart ries et du dioxyde de carbone alv olaire (PCO2) et de l'oxyg ne. fr (PO2) et, en partie, la concentration art rielle en hydrog nion (pH). Ces sorties sont renvoy es au centre respiratoire via les voies sensorielles des chimior cepteurs et des m canor cepteurs. Muscles respiratoires Les principaux muscles respiratoires comprennent le diaphragme, les muscles intercostaux externes et les muscles scal nes, qui sont tous des muscles squelettiques. Les muscles squelettiques constituent la force motrice de la ventilation ; la force de contraction augmente lorsqu'ils sont tir s et diminue lorsqu'ils sont raccourcis. La force de contraction des muscles respiratoires augmente avec des volumes pulmonaires plus importants. Le diaphragme est le muscle principal de la respiration et il s pare la cavit thoracique de la cavit abdominale ( Figue. 20.10). La contraction du diaphragme force le contenu abdominal vers le bas et vers l'avant. Cela augmente la dimension verticale de la cavit thoracique et cr e une diff rence de pression entre le thorax et l'abdomen. Chez l'adulte, le diaphragme peut g n rer des pressions dans les voies respiratoires |
Physiologie de Ganong et Levy | allant jusqu' 150 200 cm H2O lors d'un effort inspiratoire maximal. Lors d'une respiration calme (respiration de mar e), le diaphragme bouge d'environ 1 cm ; cependant, lors des man uvres de respiration profonde (capacit vitale), le diaphragme peut bouger jusqu' 10 cm. Le diaphragme CHAPITRE 20 Introduction au syst me respiratoire Le syst me respiratoire est innerv par les nerfs phr niques droit et gauche, dont les origines se situent au troisi me au cinqui me segments cervicaux de la moelle pini re (C3 C5). Les autres muscles inspiratoires importants sont les muscles intercostaux externes, qui tirent les c tes vers le haut et vers l'avant pendant l'inspiration (voir 20.10 ). Cela provoque une augmentation des diam tres lat ral et ant ropost rieur du thorax. L'innervation des muscles intercostaux externes provient des nerfs intercostaux qui naissent au m me niveau de la moelle pini re (T1 et T2). La paralysie de ces muscles n a pas d effet significatif sur la respiration car celle-ci d pend principalement du diaphragme. C'est pourquoi les personnes souffrant de blessures la moelle pini re inf rieure peuvent respirer par elles-m mes ; ce n est que lorsque la blessure est sup rieure C3 qu un individu est enti rement d pendant d un ventilateur. Les muscles accessoires de l'inspiration (les muscles scal nes, qui l vent les muscles sternocl idomasto diens ; les ailes du nez, qui provoquent un vasement nasal ; et les petits muscles du cou et de la t te) ne se contractent pas pendant la respiration normale. Cependant, ils se contractent vigoureusement pendant l exercice et, lorsque l obstruction des voies respiratoires est importante, ils tirent activement vers le haut de la cage thoracique. Lors d'une respiration normale, ils ancrent le sternum et les c tes sup rieures. tant donn que les voies respiratoires sup rieures doivent rester d gag es pendant l'inspiration, les muscles de la paroi pharyng e (g nioglosse et aryt no de) sont galement consid r s comme des muscles d'inspiration. Tous les muscles de la cage thoracique sont des muscles volontaires aliment s par les art res et veines intercostales et innerv s par les nerfs intercostaux moteurs et sensoriels. L'expiration pendant la respiration normale est passive, mais elle devient active pendant l'exercice et l'hyperventilation. Les muscles expiratoires les plus importants sont ceux de la paroi abdominale (droit de l'abdomen, oblique interne et externe et transversus de l'abdomen) et les muscles intercostaux internes, qui s'opposent aux muscles intercostaux externes (c'est- -dire qu'ils tirent les c tes vers le bas et vers l'int rieur). Les muscles inspiratoires effectuent le travail de respiration. Lors d'une respiration normale, cette charge de travail est faible et les muscles inspiratoires ont r serve importante. Les muscles respiratoires peuvent tre entra n s effectuer davantage de travail, mais il existe une limite au travail qu ils peuvent effectuer. La faiblesse des muscles respiratoires peut alt rer les mouvements de la paroi thoracique et la fatigue des muscles respiratoires est un facteur majeur dans le d veloppement de l'insuffisance respiratoire. Embryologie pulmonaire, d veloppement, vieillissement et r paration L' pith lium du poumon appara t sous la forme d'une poche issue de l'intestin ant rieur primitif environ 22 26 jours apr s la f condation de l'ovule. Ce bourgeon pulmonaire unique se ramifie en poumons primitifs droit et gauche. Au cours des 2 3 semaines suivantes, d'autres ramifications se produisent pour cr er un motif de ramification dichotomique irr gulier. La pathologiste Lynne Reid a d crit trois lois du d veloppement pulmonaire : (1) L'arbre bronchique s'est d velopp la 16e semaine de grossesse intra-ut rine. Diaphragme (les d mes descendent, augmentant la dimension longitudinale de la poitrine et levant les c tes inf rieures) A Muscles d'inspiration Intercostaux internes, l'exception des muscles intercartilagineux parasternals (c tes enfonc es) Muscles abdominaux (enfoncer les c tes inf rieures, comprimer le contenu abdominal) Muscles de l'expiration tant donn que les muscles respiratoires constituent la force motrice de la ventilation, les maladies qui affectent les propri t s m caniques des poumons affectent les muscles respiratoires. Par exemple, dans la maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC), le travail respiratoire est augment en raison d une obstruction des voies respiratoires. L expiration n est plus passive mais n cessite plut t une contraction musculaire active et expiratoire. De plus, la capacit pulmonaire totale est augment e (voir ). La plus grande capacit pulmonaire totale force le diaphragme vers le bas, raccourcit les fibres musculaires et la vie ; (2) les alv oles se d veloppent apr s la naissance, le nombre d'alv oles augmente jusqu' l' ge de 8 ans et la taille des alv oles augmente jusqu' ce que la croissance de la paroi thoracique soit termin e |
Physiologie de Ganong et Levy | l' ge adulte ; et (3) le d veloppement des vaisseaux pr acinaires (art res et veines) est parall le celui des voies respiratoires, tandis que celui des vaisseaux intra-acinaires est parall le celui des alv oles. et diminue le rayon de courbure. En cons quence, la fonction et l efficacit du diaphragme sont diminu es. Les muscles respiratoires peuvent se fatiguer, tout comme les autres muscles squelettiques, lorsque la charge de travail augmente. Les muscles respiratoires peuvent galement s'affaiblir chez les patients atteints de maladies neuromusculaires (par exemple, syndrome de Guillain-Barr , myasth nie grave). Dans ces maladies, une faiblesse suffisante des muscles respiratoires peut alt rer le mouvement de la paroi thoracique et entra ner une insuffisance respiratoire, m me si les propri t s m caniques des poumons et de la paroi thoracique sont normales. Ainsi, les v nements intra-ut rins qui surviennent avant 16 semaines de gestation affecteront le nombre de voies respiratoires. Une affection connue sous le nom de hernie diaphragmatique cong nitale est un exemple de maladie pulmonaire cong nitale. Elle survient entre 6 et 8 semaines de gestation et est due l'incapacit du canal pleurop riton al se fermer et ainsi s parer les cavit s thoracique et abdominale ; la pr sence du contenu abdominal dans l'h mithorax pulmonaire entra ne une croissance pulmonaire anormale avec une diminution du nombre de voies respiratoires et d'alv oles. Avant la naissance d'un nourrisson atteint, l' pith lium alv olaire est compos uniquement de cellules pith liales de type II, et ce n'est qu' la naissance que ces cellules se diff rencient en cellules pith liales de type I. La croissance des poumons est similaire et relativement proportionnelle la croissance de la longueur et de la stature du corps. Le taux de d veloppement est le plus rapide pendant les p riodes n onatales et pr adolescentes ( 11 ans), et les poumons des filles m rissent plus t t que ceux des gar ons. M me si le taux de croissance des poumons ralentit apr s l'adolescence, le corps et la taille des poumons augmente r guli rement jusqu l ge adulte. L'am lioration de la fonction pulmonaire se produit tous les stades du d veloppement de la croissance ; cependant, une fois que la taille optimale a t atteinte au d but de l ge adulte (20 25 ans), la fonction pulmonaire commence d cliner avec l ge. La diminution de la fonction pulmonaire avec l' ge, estim e moins de 1 % par an, semble commencer plus t t et progresser plus rapidement chez les individus qui fument ou sont expos s des facteurs environnementaux toxiques. Les insuffisances physiologiques majeures caus es par le vieillissement concernent la capacit et les r ponses ventilatoires, notamment l'effort, et se traduisent par une ventilation anormale avec une perfusion normale. De plus, la diffusion gazeuse diminue avec l ge, probablement en raison d une diminution de la surface alv olaire. Les diminutions li es l' ge de la fonction pulmonaire et l'alt ration de la structure sont parall les aux observations biochimiques d'une augmentation des taux d' lastine dans les poumons, ce qui pourrait expliquer certaines des anomalies fonctionnelles. Les cellules de type I manquent de capteurs de radicaux libres (c'est- -dire de superoxyde dismutase) et sont sensibles aux blessures et la mort induites par des compos s toxiques d'O2 et des radicaux libres (c'est- -dire H2O2, OH Dans diverses maladies pulmonaires inflammatoires, les cellules de type I meurent et l' pith lium alv olaire devient ainsi d nu , avec une perm abilit vasculaire accrue et une accumulation de liquide qui s'ensuit (alt ration des changes gazeux). Les cellules de type II ont de la superoxyde dismutase et sont donc plus r sistantes aux radicaux oxyg n s toxiques. se diff rencier en cellules de type I stockant l architecture alv olaire normale. Ce type de r ponse d pend d un acte inactif de la membrane basale pour soutenir la prolif ration des cellules de type II et constitue un exemple de phylog nie r capitulant la ntog nie . Les poumons d montrent une unit anatomique et physiologique ; c'est- -dire que chaque unit (segment broncho-pulmonaire) est structurellement identique et fonctionne comme toutes les autres unit s. 2. Les voies respiratoires sup rieures (nez, sinus, pharynx) conditionnent l air inspir en termes de temp rature, d humidit et de pression atmosph rique, et contr lent, via l piglotte, le flux d air dans les poumons et de nourriture/liquides dans l sophage. 3. Les composants des voies respiratoires inf rieures (trach e, bronches, bronchioles) sont consid r s comme des voies respiratoires conductrices dans lesquelles l'air est transport vers les unit s respiratoires changeuses de gaz compos es de bronchioles respiratoires, de canaux alv olaires et d'alv oles. 4. Les poumons ont un syst me circulatoire unique et double. Le syst me circulatoire pulmonaire a la capacit d a |
Physiologie de Ganong et Levy | ccueillir de grands volumes de sang basse pression et d acheminer le sang d soxyg n du ventricule droit vers les unit s changeuses de gaz dans les poumons. Le Dans les maladies pulmonaires impliquant la formation d'une cicatrice (fibrose pulmonaire), le volume pulmonaire total diminue en raison de la perte des alv oles et de la d ficience de la diffusion de l'O2 dans les capillaires par une matrice paissie et non perm able. Historiquement, les fibroses pulmonaires idiopathiques ont t tr s difficiles traiter en raison du manque de th rapies sp cifiques. s, qui peuvent inhiber le d p t de collag ne. Deux compos s th rapeutiques (pirf nidone et nintedanib) ont fait l'objet d'essais cliniques visant ralentir la progression de la maladie et am liorer les r sultats chez les patients atteints de fibrose pulmonaire idiopathique. La pirf nidone est un petit compos de faible poids mol culaire dot d'anti propri t s inflammatoires (il diminue la synth se des types de collag ne I et II) et un inhibiteur de l'anibisatyrosinekinase (inhibe le facteur de croissance endoth lial vasculaire et le facteur de croissance d riv des fibroblastes). la circulation bronchique provient de l'aorte et alimente (O2) le parenchyme pulmonaire. 5. La respiration est automatique ; les poumons sont innerv s par le syst me nerveux autonome du SNP tout en tant sous le contr le du SNC. La stimulation parasympathique entra ne une constriction des muscles lisses des voies respiratoires (r tr cissement des voies respiratoires), tandis que la stimulation sympathique entra ne un rel chement des muscles lisses des voies respiratoires (ouverture des voies respiratoires). 6. L'inspiration est la phase active de la respiration. Le diaphragme est le principal muscle de la respiration et sa contraction cr e une diff rence de pression (r ponse des m canor cepteurs) entre le thorax et le diaphragme (pression n gative dans la poitrine), ce qui induit l'inspiration. 7. Le centre respiratoire est situ dans la moelle et r gule la respiration gr ce aux boucles de r troaction sensorielles (m canor cepteur et chimior cepteur). Burri PH. Aspects structurels du d veloppement pulmonaire postnatal : formation et croissance alv olaires. Biol Nouveau-n . 2006;89 : 313-322. Hameed A, Sherkheli MA, Hussain A, Ul-haq R. D terminants mol culaires et physiologiques de la biologie du d veloppement pulmonaire : une revue. Am J Biomed Res. 2013;1:13-24. Harding R, Pinkertton KE, d. Le poumon : d veloppement, vieillissement et environnement. 2e d. Londres : Academic Press ; 2014. Hattrup CL, Gendler SJ. Structure et fonction des mucines de la surface cellulaire (attach es). Ann R v Physiol. 2007;70 : 431-457. Reynolds HY. Inflammation pulmonaire et fibrose : une perspective centr e sur les macrophages alv olaires des ann es 1970 aux ann es 1980. Am J Respir Crit Care Med. 2005;171 : 98-102. Satir P, Christensen ST. Aper u de la structure et de la fonction des cils des mammif res. Ann R v Physiol. 2007;69 : 377-400. Shannon JM, Hyatt BA. Interactions cellules pith liales-m senchymateuses dans le poumon en d veloppement. Ann R v Physiol. 2004;66 :625-645. Warburton D, El-Hashash A, Carraro G et al. Organogen se pulmonaire. Bio de Curr Top Devel. 2010;90 : 73-158. la fin de ce chapitre, l' tudiant devrait tre capable de r pondre aux questions suivantes : 1. D finir les diff rentes pressions dans le syst me respiratoire. 2. Expliquez comment un gradient de pression est cr . 3. D finir les diff rents volumes dans les poumons et d crire comment ils sont mesur s. 4. Expliquer comment la m canique pulmonaire statique d termine les volumes pulmonaires. 5. D finir la conformit pulmonaire. 6. Expliquer comment le surfactant affecte la compliance pulmonaire et d crire son importance dans le maintien de volumes alv olaires in gaux. Pour remplir sa fonction premi re d change gazeux, l air doit entrer et sortir des poumons. Les propri t s m caniques du poumon et de la paroi thoracique d terminent la facilit ou la difficult de ce mouvement d'air. La m canique pulmonaire est l' tude des propri t s m caniques du poumon et de la paroi thoracique (y compris le diaphragme, la cavit abdominale et les muscles abdominaux ant rieurs). La m canique pulmonaire est importante pour le fonctionnement normal des poumons et en pr sence de maladie, dans la mesure o la plupart des maladies pulmonaires affectent les propri t s m caniques des poumons, de la paroi thoracique ou des deux. De plus, les d c s dus une maladie pulmonaire sont presque toujours dus la fatigue des muscles respiratoires, qui r sulte de l'incapacit des muscles respiratoires surmonter les propri t s m caniques alt r es des poumons, de la paroi thoracique ou des deux. La m canique pulmonaire comprend la m canique statique (les propri t s m caniques d'un poumon dont le volume ne change pas avec le temps) et la m canique dynamique (les propri t s d'un poumon dont le volume change a |
Physiologie de Ganong et Levy | vec le temps). La m canique dynamique du poumon et de la paroi thoracique est d crite dans Chapitre 22. Pressions dans le syst me respiratoire Chez les personnes en bonne sant , les poumons et la paroi thoracique bougent ensemble comme une seule unit . Entre ces structures se trouve l espace pleural qui, dans des conditions normales, est mieux consid r comme un espace potentiel (ou virtuel). tant donn que les poumons et la paroi thoracique bougent ensemble, les modifications de leurs volumes respectifs sont gales lors de l'inspiration et de l'expiration. Les changements de volume dans les poumons et la paroi thoracique sont provoqu s par des changements dans la pression environnante. Conform ment la convention, les pressions l'int rieur des poumons et de la paroi thoracique sont r f renc es par rapport la pression atmosph rique, qui est consid r e comme nulle. Ainsi, une pression n gative dans l'espace pleural est une pression inf rieure la pression atmosph rique. Conform ment galement la convention, les pressions sur des surfaces telles que les poumons ou la paroi thoracique ont t d finies comme la diff rence entre la pression l'int rieur et la pression l'ext rieur de la surface. Les diff rences de pression travers le poumon et travers la paroi thoracique sont d finies comme les pressions transmurales ( travers une paroi ou une surface). Pour le poumon, cette pression transmurale est appel e pression transpulmonaire (ou transpulmonaire) (PL), et elle est d finie comme la diff rence de pression entre les espaces a riens (pression alv olaire [PA]) et la pression entourant le poumon (pression pleurale [Ppl ]): quation 21.1 La pression transmurale travers la paroi thoracique (Pw) est la diff rence entre la pression pleurale (int rieure) (Ppl) et la pression entourant la paroi thoracique (Pb), qui est la pression atmosph rique ou la pression la surface du corps : quation 21.2 La pression dans le syst me respiratoire (Prs) est la somme de la pression dans le poumon et du pression sur la paroi thoracique : quation 21.3 L air entre et sort des poumons depuis les zones de pression plus lev e vers les zones de pression plus basse. En l absence de gradient de pression, il n y a pas de flux d air. Ainsi, la fin de l'inspiration et la fin de l'expiration, qui sont des p riodes o il n'y a pas de flux d'air, la pression alv olaire (PA) est la m me que la pression atmosph rique (Pb), et il n'y a pas de gradient de pression (Pb PA = 0). . Cependant, ces m mes instants, la pression pleurale n'est pas nulle. Avant le d but de l'inspiration, la pression pleurale chez les individus normaux est d'environ -3 -5 cm H2O. Par cons quent, la pression dans l espace pleural est n gative par rapport la pression atmosph rique. Cette pression n gative est cr e par la pression de recul lastique du poumon vers l int rieur et agit pour loigner le poumon de la paroi thoracique. Le poumon n est cependant pas capable de s loigner de la paroi thoracique, dans la mesure o les deux fonctionnent comme une unit . Ainsi, la pression de recul lastique vers l int rieur du poumon est quilibr e par le recul vers l ext rieur de la paroi thoracique. Au d but de l inspiration, les muscles du diaphragme et de la paroi thoracique se contractent, ce qui provoque un mouvement vers le bas du diaphragme et un mouvement vers l ext rieur et vers le haut de la cage thoracique. En cons quence, la pression pleurale diminue pendant l'inspiration. Cette pression pleurale n gative se transmet travers le tissu pulmonaire et entra ne une diminution de la pression alv olaire. mesure que la pression alv olaire diminue en dessous de 0 (c'est- -dire de la pression atmosph rique une pression inf rieure), le gaz se d place dans les voies respiratoires lorsque la glotte est ouverte. mesure que le gaz circule dans les voies respiratoires jusqu'aux alv oles, le gradient de pression le long des voies respiratoires diminue et le flux s'arr te lorsqu'il n'y a plus de gradient de pression entre la pression atmosph rique et la pression alv olaire. La diminution de la pression pleurale au d but de l'inspiration est secondaire la contraction du muscle inspiratoire et le gaz circule nouveau d'une pression (alv olaire) plus lev e vers une pression (atmosph rique) plus basse. Dans les alv oles, la force motrice de l'expiration est la somme du recul lastique des poumons et de la pression pleurale (voir ). Cette relation entre les changements de pression, les changements de d bit d'air et les changements de volume pendant l'inspiration et l'expiration est affich e dans Figure 21.2. Lors de la respiration au volume courant chez des individus normaux, la diminution de la pression alv olaire au d but de l'inspiration est faible (1 3 cm H2O). Elle est beaucoup plus importante chez les personnes pr sentant une obstruction des voies respiratoires en raison de la chute de pression plus importante qui se produit dan |
Physiologie de Ganong et Levy | s les voies respiratoires obstru es. Le flux d air s arr te en l absence de gradient de pression, ce qui se produit lorsque la pression alv olaire et la pression atmosph rique sont gales. (Fig. 21.3 ) et les facteurs qui d terminent ces volumes sont des composants importants de la m canique pulmonaire, sup rieurs la chute transmise de la pression alv olaire et, par cons quent, la pression transpulmonaire au d but de l'inspiration 0,5 est positive (voir q. 21.1). Une pression transpulmonaire positive de 0,4 est n cessaire pour augmenter le volume pulmonaire, et le volume pulmonaire augmente avec l'augmentation de la pression transpulmonaire ( Figue. 21.1). De m me, lors de l inspiration, la paroi thoracique s tend jusqu atteindre un volume plus important. tant donn que la pression pleurale est n gative en 0,1 par rapport la pression atmosph rique pendant une respiration calme, 0 la pression transmurale travers la paroi thoracique est n gative. q. 21.2 l'expiration, le diaphragme remonte plus haut dans la poitrine, la pression pleurale augmente (c'est- -dire devient moins n gative), la pression alv olaire devient positive, la glotte s'ouvre, +0,5 0,5 Fig. 21.1 Volume du poumon en fonction de la pression transpulmonaire dans la sant et la maladie. mesure que la pression transpulmonaire augmente, le volume pulmonaire augmente. Sont galement indiqu s les changements dans le volume pulmonaire en pr sence d'emphys me et de fibrose pulmonaire. Notez que pour le m me changement dans la pression transpulmonaire, en pr sence de l'un ou l'autre de ces types de maladies, les changements dans le volume pulmonaire sont diff rents. 0,3 0,2 Fig. 21.2 Modifications de la pression alv olaire et pleurale pendant une respiration calme (volume courant). L'inspiration est repr sent e gauche de la ligne pointill e verticale, et l'expiration est repr sent e droite. Les pressions positives (par rapport l'atmosph re) sont repr sent es au-dessus de la ligne pointill e horizontale, et les pressions n gatives sont repr sent es ci-dessous. Voir le texte pour plus de d tails. Aux points sans d bit d'air (points A et C), la pression alv olaire est de 0,FRC, la capacit r siduelle fonctionnelle. 2 1.2 Fig. 21.3 Les diff rents volumes et capacit s pulmonaires. ERV, volume de r serve expiratoire ; FRC, capacit r siduelle fonctionnelle ; FVC, capacit vitale forc e ; IC, capacit inspiratoire ; IRV, volume de r serve inspiratoire ; RV, volume r siduel ; CCM, capacit pulmonaire totale ; VC, capacit vitale ; VT, volume courant. et jouent un r le majeur dans le travail de respiration (voir ). Tous les volumes pulmonaires sont des subdivisions de la capacit pulmonaire totale (TLC), le volume total d'air contenu dans le poumon au point d'inspiration maximale. Les volumes pulmonaires sont indiqu s en litres, soit en volumes, soit en capacit s. Une capacit est compos e de deux ou plusieurs volumes. De nombreux volumes pulmonaires sont mesur s avec un spirom tre. Il est demand au patient de respirer d'abord normalement dans le spirom tre, et le volume d'air (le volume courant [VT]) qui entre et sort des poumons chaque respiration calme est mesur . Le patient inspire ensuite au maximum et expire avec force et compl tement, et le volume d'air expir est mesur . Le volume total d'air expir , depuis une inspiration maximale jusqu' une expiration maximale, est la capacit vitale (CV). Le volume r siduel (VR) est l'air restant dans les poumons apr s une expiration compl te. TLC est la somme de VC et RV ; c'est le volume total d'air contenu dans les poumons la fin de l'inspiration maximale, et il comprend le volume d'air pouvant tre d plac (VC) et le volume d'air toujours pr sent (emprisonn ) dans les poumons (RV). . La capacit r siduelle fonctionnelle (CRF) est le volume d'air dans les poumons la fin de l'expiration lors d'une respiration calme et est galement appel e volume de repos des poumons. Le FRC est compos du RV et du volume de r serve expiratoire (le volume d'air qui peut tre expir du FRC vers le RV). Mesure des volumes pulmonaires RV et TLC peuvent tre mesur s de deux mani res : par dilution l'h lium et par pl thysmographie corporelle. Les deux m thodes sont utilis es en clinique et fournissent des informations pr cieuses sur la fonction pulmonaire et les maladies pulmonaires. La technique de dilution l h lium est la m thode la plus ancienne et la plus simple, mais elle est souvent moins pr cise que la pl thysmographie corporelle, qui n cessite un quipement sophistiqu et co teux. 21.1 Les tests de la fonction pulmonaire sont souvent utilis s pour diagnostiquer les anomalies de la fonction pulmonaire et pour valuer la progression des maladies pulmonaires. Ils peuvent distinguer les deux principaux types de processus physiopathologiques pulmonaires : les maladies pulmonaires obstructives et les maladies pulmonaires restrictives. Par exemple, chez les individus normaux, l |
Physiologie de Ganong et Levy | e rapport entre le RV et les TLC est inf rieur 0,25. Ainsi, chez un individu en bonne sant , environ 25 % du volume total d'air dans les poumons est coinc . Dans les maladies pulmonaires obstructives, Une l vation du rapport RV/TLC est secondaire une augmentation du rapport RV/TLC, sans proportion avec toute augmentation de la TLC. Par contre, dans les maladies pulmonaires restrictives, l' l vation du rapport RV/TLC est provoqu e par une diminution de la TLC. Chez les individus normaux, le FRC mesur par dilution l'h lium et le FRC mesur par pl thysmographie sont les m mes ( Tableau 21.1 ). Ce n est pas vrai chez les personnes atteintes d une maladie pulmonaire. Le FRC mesur par dilution l'h lium est le volume de gaz pr sent dans le poumon qui communique avec le Fig. 21.4 Mesure du volume pulmonaire par dilution l'h lium. C1, concentration connue d'un gaz inerte ; C2, nouvelle concentration (pr c demment inconnue) du gaz ; V1, volume connu d'une bo te ; V2, volume pulmonaire (initialement inconnu). voies respiratoires, tandis que le FRC mesur par pl thysmographie est le volume total de gaz dans les poumons la fin d'une expiration normale. Si une quantit importante de gaz est emprisonn e dans les poumons (en raison d'une fermeture pr matur e des voies respiratoires ; voir ), la FRC d termin e par pl thysmographie est consid rablement sup rieure celle d termin e par dilution l'h lium. Dans la technique de dilution l'h lium, une concentration connue (C1) d'un gaz inerte (tel que l'h lium) est ajout e une bo te de volume connu (V1). La bo te est ensuite reli e un volume (V2) inconnu (le volume pulmonaire mesurer). Apr s un temps ad quat de distribution du gaz inerte, la nouvelle concentration (C2) du gaz inerte est mesur e. La concentration du gaz inerte est ensuite utilis e pour d terminer le nouveau volume dans lequel le gaz inerte a t distribu ( Fig.21.4). Plus pr cis ment, Inbodypl thysmographe (bodybox), RobertBoyle'sgaslaw que la pression multipli e par le volume est constante ( temp rature constante) - est utilis pour mesurer les volumes pulmonaires. Le patient est assis dans une bo te herm tique ( Figure 21.5 )etrespireparl'embout buccalreli uncapteurded bit(pneumotach).Lepatientfaitensuiteuneffortrespiratoirerapidecontreunemboutferm .Pendantlaphaseexpiratoiredelaman uvre,legazdanslepoumonsecomprime,levolumepulmonairediminueetlapression l'int rieurdelabo techuteparcequelevolumedegazdansleboitier. xaugmente.Une foislevolumedelabo teetlechangementdepressiondelabo te l'embouchuresont connus,lechangementinv L'olume( V)du poumon peut tre calcul : o P1 et P2 sont les pressions buccales et VisFRC. partir de la mesure de la FRC, la capacit inspiratoire peut tre enregistr e en tant que volume d'air inspir au-dessus de la FRC, et le volume de r serve expiratoire peut tre d termin comme le volume de gaz exhal par la FRC. Ces mesures peuvent ensuite tre utilis es pour d terminer les autres volumes pulmonaires. Figue. 21.5 Le pl thysmographe corporel. Notez que la bo te dans laquelle sont assis les patients n est pas repr sent e. D terminants du volume pulmonaire Qu'est-ce qui d termine le volume d'air dans les poumons en CCM ou en RV ? La r ponse r side dans les propri t s du parenchyme pulmonaire et dans l interaction entre les poumons et la paroi thoracique. Les poumons et la paroi thoracique bougent toujours ensemble comme une unit chez les individus en bonne sant . Le poumon contient des fibres lastiques qui (1) s tirent lorsqu une contrainte est appliqu e, ce qui entra ne une augmentation du volume pulmonaire, et (2) reculent passivement lorsque cette contrainte est rel ch e, ce qui entra ne une diminution du volume pulmonaire. Le recul lastique du parenchyme pulmonaire est tr s lev . En l absence de forces ext rieures (telles que la force g n r e par la paroi thoracique), les poumons deviennent presque sans air (10 % de la TLC). De m me, le volume de la paroi thoracique peut augmenter lorsque les muscles respiratoires sont tir s et diminuer lorsque la longueur des muscles respiratoires est raccourcie. En l'absence th orique de parenchyme pulmonaire, le volume au repos de la paroi thoracique augmente et repr sente environ 60 % de la CCM. Les volumes pulmonaires sont d termin s par l quilibre entre les propri t s lastiques des poumons et les propri t s des muscles de la paroi thoracique. Le volume maximum d'air contenu dans les poumons et la paroi thoracique (c'est- -dire TLC) est contr l par les muscles inspiratoires (voir ). Avec l augmentation du volume pulmonaire, les muscles de la paroi thoracique s allongent progressivement. mesure que ces muscles s allongent, leur capacit g n rer de la force diminue. La TLC se produit lorsque les muscles inspiratoires de la paroi thoracique sont incapables de g n rer la force suppl mentaire n cessaire pour distendre davantage les poumons et la paroi thoracique. De m me, le volume minimal d' |
Physiologie de Ganong et Levy | air dans le 40 20 0 20 40 Pression (cm H2O) (PL, P , ou P ) Fig. 21.6 Courbe pression-volume de relaxation du poumon, de la paroi thoracique et du syst me respiratoire. La courbe du syst me respiratoire est la somme des courbes individuelles. La courbe des poumons est la m me que celle du poumon normal. Figure 21.1 .FVC, capacit vitale forc e ; PL, pression transpulmonaire (ou transpoumonaire) (PL) ; Prs, la pression dans le syst me respiratoire ; Pw, la pression transmurale travers la paroi thoracique ; RV, volume r siduel ; TLC, capacit pulmonaire totale. Le poumon (c'est- -dire le VD) est contr l par la force musculaire expiratoire. La diminution du volume pulmonaire entra ne un raccourcissement des muscles expiratoires, ce qui entra ne une diminution de la force musculaire. La diminution du volume pulmonaire est galement associ e une augmentation de la pression de recul vers l ext rieur de la paroi thoracique. Le RV survient lorsque la force musculaire expiratoire est insuffisante pour r duire davantage le volume de la paroi thoracique. Le FRC, ou le volume du poumon la fin d'une expiration normale, est d termin par l' quilibre entre la pression de recul lastique g n r e par le parenchyme pulmonaire pour devenir plus petite (recul vers l'int rieur) et la pression g n r e par la paroi thoracique pour devenir plus grande ( recul vers l'ext rieur). Lorsque les muscles de la paroi thoracique sont faibles, le FRC diminue (recul lastique des poumons > force musculaire de la paroi thoracique). En pr sence d'une obstruction des voies respiratoires, la CRF augmente en raison de la fermeture pr matur e des voies respiratoires, qui emprisonne l'air dans les poumons (voir Un certain nombre d'observations importantes peuvent tre faites partir de l'examen des courbes pression-volume du poumon, de la paroi thoracique et du syst me respiratoire (Fig. 21.6). Au volume de repos du poumon (FRC), le recul lastique du poumon agit pour diminuer le volume pulmonaire, mais ce recul vers l'int rieur est compens par le recul vers l'ext rieur de la paroi thoracique, qui agit pour augmenter le volume pulmonaire. En FRC, ces forces sont gales et oppos es, et les muscles sont d tendus. En cons quence, la pression transmurale travers le syst me respiratoire (Prs) au FRC est de 0. En TLC, la pression pulmonaire et la pression de la paroi thoracique sont toutes deux positives et toutes deux n cessitent une pression de distension transmurale positive. Le volume au repos de la paroi thoracique, en l'absence de poumons, est le volume auquel la pression transmurale de la paroi thoracique est de 0, et il repr sente environ 60 % de la CCM. des volumes sup rieurs 60 % de la TLC, la paroi thoracique recule vers l'int rieur et une pression transmurale positive est n cessaire, alors qu' des volumes inf rieurs 60 % de la TLC, la paroi thoracique a tendance reculer vers l'ext rieur. Les poumons seuls sont plus petits lorsque la pression transpulmonaire est de 0. Les poumons, cependant, ne sont pas totalement d pourvus d'air lorsque la pression transpulmonaire est de 0 en raison des propri t s d'abaissement de la tension superficielle du surfactant (voir la section ). La pression transmurale pour un poumon sain s'aplatit elle seule des pressions sup rieures 20 cm H2O parce que les limites lastiques du poumon ont t atteintes. Ainsi, de nouvelles augmentations de la pression transmurale produisent peu de changement de volume et la conformit (voir la section ) est faible. La distension suppl mentaire est limit e par le tissu conjonctif (collag ne, lastine) du poumon. Si une pression suppl mentaire est appliqu e, les alv oles proches de la surface pulmonaire peuvent se rompre et l'air peut s' chapper dans l'espace pleural. C'est ce qu'on appelle un pneumothorax. Lors d'un pneumothorax ou lors de l'ouverture de la poitrine, comme lors d'une chirurgie thoracique, les poumons et la paroi thoracique ne fonctionnent plus comme une seule unit . Les poumons reculent jusqu' ce que la pression transpulmonaire soit nulle ; la taille de la paroi thoracique augmente ensuite jusqu' ce que la pression trans de la paroi thoracique soit gale 0. La relation entre la pression transpulmonaire et les pressions de recul pleurale, alv olaire et lastique est d crite dans Figure 21.7 . La pression alv olaire est la somme de la pression pleurale et de la pression de recul lastique (Pel) du poumon : quation 21.4 Parce que pression transpulmonaire (PL) = PA + Ppl, quation 21.5 Fig. 21.7 Relation entre la pression transpulmonaire (PL) et la pression pleurale (Ppl), alv olaire (PA) et de recul lastique (Pel) des poumons. La pression alv olaire est la somme de la pression pleurale et de la pression lastique de recul. La pression transpulmonaire est la diff rence entre la pression alv olaire et la pression pleurale. En g n ral, PL est la pression qui distend le poumon, tandis que Pel est la pression qui ten |
Physiologie de Ganong et Levy | d effondrer le poumon. Le recul lastique des poumons augmente mesure que le poumon se gonfle. La compliance pulmonaire (CL) est une mesure des propri t s lastiques du poumon. Cela refl te la facilit avec laquelle le poumon se distend. La compliance pulmonaire est d finie comme la modification du volume pulmonaire r sultant d'une modification de 1 cm H2O de la pression de distension du poumon. Les unit s de conformit sont en millilitres (ou litres) par centim tre d'eau. Lorsque la compliance pulmonaire est lev e, le poumon est facilement distendu. Lorsque la conformation pulmonaire est faible (poumon raide ), le poumon ne se distend pas facilement. La compliance du poumon (CL) est exprim e par quation 21.6 o V est le changement de volume et P est le changement de pression. Graphiquement, la conformation pulmonaire est la pente de la ligne entre deux points quelconques sur la branche de d gonflage de la boucle pression-volume ( Figure 21.8 ). La compliance d'un poumon humain normal est d'environ 0,2 L/cm H2O, mais elle varie en fonction du volume pulmonaire. Notez que le poumon est moins extensible des volumes pulmonaires lev s. Pour cette raison, la conformit est corrig e en fonction du volume pulmonaire auquel elle est mesur e (conformit sp cifique ; Figure 21.9 ). L'observance n'est pas souvent mesur e des fins cliniques car elle n cessite la mise en place d'un ballon sophagien. Le ballon sophagien, reli un transducteur de pression, est un excellent marqueur de substitution de la pression pleurale, tr s difficile mesurer directement. L' volution de la pression pleurale (Ppl) est mesur e en fonction de l' volution du volume pulmonaire ; c'est- -dire CL = V/ Pplor. Ppl = CL. Outre les propri t s lastiques des poumons, un autre d terminant majeur de la conformation pulmonaire est le surfactant et son Fig. 21.8 Courbe pression-volume de d flation. Le patient inhale jusqu' atteindre sa capacit pulmonaire totale et la pression transpulmonaire est mesur e l'aide d'un alv ole d'anesophage (qui mesure la pression pleurale). Le patient expire ensuite moins lentement et la pression est mesur e des points sans flux d'air, lorsque les muscles respiratoires sont rel ch s. La courbe de volume des poumons n'est pas la m me l'inspiration (non illustr e) et l'expiration. Cette diff rence est appel e hyst r sis et est caus e par l'action du surfactant. Conform ment la convention, la courbe de volume de pression de d gonflage est utilis e pour les mesures. Le respect tout moment de cette courbe est le changement de volume par changement. Une ligne peut tre trac e entre deux volumes diff rents sur la courbe, et la pente de cette ligne repr sente le changement de volume ( V) pour un changement de pression ( P). Comparez la conformit la ligne 1 par rapport la ligne 2. La pente de la ligne 2 est moins raide que la pente de la ligne 1, et donc la conformit est moindre ce volume pulmonaire plus lev qu'au volume pulmonaire inf rieur. Conform ment la convention, la conformit pulmonaire est le changement de pression de la capacit r siduelle fonctionnelle (FRC) FRC + 1 L.MV, volume minimal ; RV, volume r siduel ; TLC, capacit pulmonaire totale. Lacompliancedespoumonsestaffect eparplusieurstroublesrespiratoires.Dansl'emphys me,unemaladiepulmonaireobstructivesurvenantg n ralementchezlespersonnesquifumeursetassoci e ladestructiondesseptaalv olairesetdulitcapillairepulmonaire,lespoumonsestpluscompliant;c'est- -dire pour chaque 1 cmH2O'augmentation de la pression, l'augmentation du volume est sup rieure celle d'un poumon normal (voir Figure 21.1 ).En revanche, dans la fibrose pulmonaire, il y a une maladie pulmonaire restrictive associ e un d p t accru de fibres de collag ne dans l espace interstitiel, les poumons ne sont pas conformes ; c est- -dire pour chaque 1 cmH2Ochangement de pression, le changement de volume est moindre. Ces changements d'observance sont d'importance clinique car une utilisation des poumons avec une faible observance n cessite des changements plus importants de la pression pleurale pour effectuer des changements dans les volumes pulmonaires ; en cons quence, le travail respiratoire est augment chaque respiration que l'individu prend. 1 litre = 0,2 0,5 litre = 0,1 0,1 litre = 0,02 = 0,2 5 cm H2O 0,1 litre 0,2 = 0,2 0,1 = 0,2 0,5 litre 0,02 Fig. 21.9 Relation entre l'observance et le volume pulmonaire. Imaginez des poumons dans lesquels a5 cmH2Ochangement de pressionr sultatsina1- Lchangementdevolume(situation1).Siunpoumonestretir (situation2),lacompliancediminue,maislorsqu'oncorrigelevolumedupoumon,il n'y aaucun changement(compliance sp cifique).M melorsquelepoumonrestantestr duitde90%(situation3),lacompliancesp cifiqueestinchang e. effet sur la tension superficielle. La tension superficielle est une force provoqu e par les mol cules d eau l interface air-liquide qui tend minimiser la surface, ce qui rend le gonflage des |
Physiologie de Ganong et Levy | poumons plus difficile. L'effet de la tension superficielle sur le gonflement des poumons est illustr par une comparaison des courbes de pression-volume d'un poumon rempli de solution saline et d'un poumon rempli d'air. Une pression plus lev e est n cessaire pour gonfler compl tement les poumons avec de l'air qu'avec une solution saline en raison des forces de tension superficielle plus lev es dans les poumons remplis d'air que dans les poumons remplis de solution saline. La tension superficielle est une mesure de la force d'attraction des mol cules de surface par unit de longueur du mat riau auquel elles sont attach es. Les unit s de tension superficielle sont celles d'une force appliqu e par unit de longueur. Pour une sph re (comme une alv ole), la relation entre la pression l'int rieur de la sph re (Ps) et la tension dans la paroi est d crite par la loi de Laplace : quation 21.7 o T est la tension de la paroi (en dynes par centim tre) et r est le rayon de la sph re. Les alv oles sont tapiss es d une substance majoritairement lipidique appel e tensioactif. Le surfactant pulmonaire remplit plusieurs r les physiologiques, notamment (1) r duire le travail respiratoire en diminuant les forces de tension superficielle ; (2) emp cher l'effondrement et le collage des alv oles lors de l'expiration ; et (3) des alv oles stabilisatrices, en particulier celles qui ont tendance se d gonfler faible tension superficielle. En l'absence de surfactant, la tension superficielle l'interface air-liquide resterait constante et la pression transalv olaire n cessaire pour la maintenir ce volume serait plus lev e lorsque les volumes alv olaires sont inf rieurs ( Figure 21.10A ). Par cons quent, une pression transalv olaire plus lev e serait n cessaire pour produire une augmentation donn e du volume alv olaire des volumes pulmonaires inf rieurs qu' des volumes pulmonaires plus lev s. Le surfactant stabilise le gonflement des alv oles car il permet la tension superficielle d'augmenter mesure que les alv oles grossissent (voir Figure 21.10B ). En cons quence, la pression transalv olaire n cessaire pour maintenir une alv ole gonfl e augmente mesure que le volume pulmonaire et la pression transpulmonaire augmentent, et diminue mesure que le volume pulmonaire diminue. En pr sence de surfactant, la tension superficielle augmente volume pulmonaire lev et diminue volume pulmonaire faible. Le r sultat est que les poumons peuvent maintenir des alv oles de nombreux volumes diff rents. Sinon, le gaz contenu dans les petites alv oles se d verserait dans les grandes alv oles. Le surfactant pulmonaire est synth tis par les cellules alv olaires de type II, stock dans la cellule dans des corps lamellaires et s cr t dans l'espace alv olaire sous une forme pr curseur (my line tubulaire), d'o il se propage sur toute la surface alv olaire et atteint sa capacit diminuer la tension superficielle. . Le tensioactif est compos de 85 90 % de lipides, principalement de phospholipides, et de 10 15 % de prot ines ( Tableau 21.2). Le principal phospholipide est la phosphatidylcholine, dont environ 75 % est pr sente sous forme de dipalmitoyl phosphatidylcholine (DPPC). Le DPPC diminue la tension superficielle et constitue le principal composant tensioactif du tensioactif. Le deuxi me phospholipide le plus abondant est le phosphatidylglyc rol, qui repr sente Fig. 21.10 Forces de surface dans une sph re Tentative de r duire la superficie de la surface et de g n rer une pression l'int rieur de la sph re. Selon la loi de Laplace, la pression g n r e est inversement proportionnelle au rayon de la sph re. A, en l absence de tensioactif, les forces de surface dans la plus petite sph re g n rent une pression plus lev e (fl ches violettes plus lourdes) que celles de la sph re plus grande (fl ches violettes plus claires). En cons quence, l'air se d place de la petite sph re (pression plus lev e) vers la plus grande sph re (pression plus basse ; fl che noire). Cela provoque l'effondrement de la petite sph re et la surdistension de la grande sph re. Tensioactif (couche ombr e) abaisse la tension superficielle et la diminue davantage dans la petite sph re que dans la plus grande sph re. Il en r sulte que les pressions dans les petites et les plus grandes sph res sont similaires et que les volumes des sph res sont stabilis s. 1% 10% du tensioactif total. Ces lipides jouent un r le important dans la formation de la monocouche sur l'interface alv olaire-air, et le phosphatidylglyc rol est important dans la propagation du surfactant sur une grande surface. La prot ine tensioactive A, qui est la prot ine la plus tudi e, est exprim e dans les cellules alv olaires de type II et dans les cellules de Clara des poumons. La prot ine A du surfactant est impliqu e dans la r gulation du renouvellement du surfactant, dans l'immunor gulation dans les poumons et dans la formation de la my line tubulaire. Le surfacta |
Physiologie de Ganong et Levy | nt est s cr t dans les voies respiratoires par exocytose du corps lamellaire par des m canismes constitutifs et r gul s. De nombreux agents, notamment les agonistes -adr nergiques, les activateurs de la prot ine kinase C, les leucotri nes et les agonistes purinergiques, stimulent l'exocytose du surfactant. Les principales voies de clairance du surfactant pulmonaire dans les poumons sont la recapture par les cellules de type II, l'absorption dans les vaisseaux lymphatiques et la clairance par les macrophages alv olaires. Le surfactant est facilement inactiv par l'hypoxie, l'infection et le liquide d me, ce qui entra ne une diminution de la compliance pulmonaire. Outre le surfactant, un autre m canisme, l interd pendance, contribue la stabilit des alv oles. Les alv oles, l'exception de celles de la surface pleurale, sont entour es d'autres alv oles. La tendance l effondrement d une alv ole s oppose la traction exerc e par les alv oles environnantes. Ainsi, l effondrement d une seule alv ole provoque un tirement et une distorsion des alv oles environnantes, qui leur tour sont reli es d autres alv oles. De petites ouvertures (pores de Kohn) dans les parois alv olaires relient les alv oles adjacentes, tandis que les canaux de Lambert relient les voies respiratoires terminales aux alv oles adjacentes. Les pores de Kohn et les canaux de Lambert assurent une ventilation collat rale et pr viennent l'effondrement alv olaire (at lectasie). En 1959, Avery et Mead ont d couvert que chez les nourrissons pr matur s d c d s d'une maladie de la membrane hyaline (HMD), les lu ngs taient d ficients en surfactant. Le HMD, galement connu sous le nom de syndrome de d tresse respiratoire du nourrisson, est caract ris par une at lectasie progressive et une insuffisance respiratoire chez les nourrissons pr matur s. la mortalit et la mortalit en p riode n onatale. Le d ficit majeur en tensioactifs chez les pr matur s 1. Le gaz s coule des zones pression plus lev e vers les zones pression plus faible. Une pression transpulmonaire positive est n cessaire pour augmenter le volume pulmonaire. La pression dans le syst me respiratoire est de 0 aux points o il n y a pas de flux d air (fin d inspiration et fin d expiration). la capacit r siduelle fonctionnelle (FRC), la diff rence de pression travers le syst me respiratoire est de 0, et la pression de recul lastique pulmonaire, qui a pour effet de diminuer le volume pulmonaire, et la pression g n r e par la paroi thoracique pour devenir plus grande sont gales et oppos es. 2. Les gradients de pression dans le syst me respiratoire sont cr s par la contraction active et la relaxation ult rieure des muscles respiratoires. 3. Les volumes pulmonaires sont d termin s par l quilibre entre les propri t s de recul lastique des poumons et les propri t s des muscles de la paroi thoracique. Gibson GJ, Fiert NB. Distensibilit pulmonaire : la courbe pression-volume statique des poumons et son utilisation dans l' valuation clinique. Coffre Br J Dis. 1976;70:143184. Jobe AH. La couche de rev tement alv olaire : une revue des tudes sur son r le dans la m canique pulmonaire et dans la pathogen se de l'at lectasie, par Mary Ellen Avery, MD, Pediatrics, 1962 : 30 : 324330. P diatrie. 1998;102(S1):234235. En g n ral, mesure que le niveau de phosphatidylglyc rol augmente dans le liquide amniotique, le taux de mortalit infantile diminue. 4. La capacit pulmonaire totale (TLC) est gale au volume total d'air pouvant tre expir apr s une inspiration maximale (capacit vitale [VC]) et l'air restant dans les poumons apr s une expiration maximale (volume r siduel [RV]). 5. La compliance pulmonaire est une mesure des propri t s lastiques du poumon. Le recul lastique est perdu chez les patients atteints d'emphys me, et cette perte est associ e une augmentation de la compliance pulmonaire, alors que dans les maladies associ es la fibrose pulmonaire, la compliance pulmonaire est diminu e. 6. Les propri t s r ductrices de tension superficielle et antiadh sives du surfactant augmentent la souplesse pulmonaire, diminuent le travail respiratoire et aident stabiliser les alv oles de diff rentes tailles. Lomb AB. Physiologie respiratoire appliqu e de Nunn. 8e d. Saint-Louis : Elsevier ; 2016. Mead J, Macklem PT, vol. d. Manuel de physiologie de l'American Physiological Society : le syst me respiratoire, vol. 3 : M canique. Bethesda, MD : Soci t am ricaine de physiologie ; 1986. Otis AB. Une perspective de la m canique respiratoire. J Appl Physiol. 1983;54 :11831187. Otis AB, Fenn WO, Rahn H. M canique de la respiration chez l'homme. J Appl Physiol. 1950;2:592607. la fin de ce chapitre, l' tudiant devrait tre capable de r pondre aux questions suivantes : 1. D crire le flux d'air dans les voies respiratoires. 2. D finir la r sistance et son effet sur le flux d'air dans les voies respiratoires. 3. num rez et d crivez deux cat gories de facteurs qui |
Physiologie de Ganong et Levy | contribuent la r sistance des voies respiratoires. 4. num rez les caract ristiques d un spirogramme et d une courbe de d bit-volume. 5. D crire comment la limitation du d bit se produit au point de pression gale et le r le de la compression dynamique des voies respiratoires dans la limitation du d bit. 6. D finir les composantes du travail respiratoire. 7. Comprendre en quoi la conformit dynamique est diff rente de la conformit statique et sa contribution au travail respiratoire. Dans ce chapitre, les principes qui contr lent le mouvement de l air entrant et sortant des poumons sont examin s. La m canique dynamique est l' tude des syst mes physiques en mouvement, et pour le syst me respiratoire c'est l' tude des propri t s d'un poumon dont le volume volue avec le temps. L air entre et sort des voies respiratoires lorsqu il existe une diff rence de pression aux deux extr mit s des voies respiratoires. A titre de rappel, pendant l'inspiration, le diaphragme se contracte, la pression pleurale devient plus n gative et le gaz s' coule dans les poumons (voir Figure 21.2 ). Pour r pondre aux besoins m taboliques changeants du corps, les changes gazeux d pendent de la vitesse laquelle le gaz frais est amen aux alv oles et de la rapidit avec laquelle les produits m taboliques de la respiration (c'est- -dire le CO2) sont limin s. Deux facteurs majeurs d terminent la vitesse laquelle le gaz s' coule dans les voies respiratoires pour un changement de pression donn : la configuration du flux de gaz et la r sistance au flux d'air par les voies respiratoires. Mod les de flux d air Il existe deux principaux mod les de flux de gaz dans les voies respiratoires : laminaire et turbulent. Le flux laminaire est parall le aux parois des voies respiratoires et est pr sent faible d bit. mesure que le d bit augmente et en particulier lorsque les voies respiratoires se divisent, le flux devient instable et de petits tourbillons se d veloppent. des d bits plus lev s, le flux est d sorganis et des turbulences se produisent. Les caract ristiques pression-d bit de l' coulement laminaire ont t d crites pour la premi re fois par le m decin fran ais Poiseuille et s'appliquent la fois aux liquides et l'air. Dans les tubes circulaires droits, le d bit (V ) est d fini par l' quation suivante : quation 22.1 o P est la pression motrice, r est le rayon du tube, est la viscosit du fluide et l est la longueur du tube. On constate que la pression motrice (P) est proportionnelle au d bit (V ) ; ainsi, plus la pression est lev e, plus le d bit est important. La r sistance l' coulement (R) travers un ensemble de tubes est d finie comme la variation de la pression motrice ( P) divis e par le d bit, ou : quation 22.2 Les unit s de r sistance sont cm H2O/L sec. Cette quation concerne l' coulement laminaire et d montre que le rayon du tube est le d terminant le plus important de la r sistance. Si le rayon du tube est r duit de moiti , la r sistance sera multipli e par 16. Toutefois, si la longueur du tube est multipli e par deux, la r sistance n augmentera que par deux. Ainsi, le rayon du tube est le principal d terminant de la r sistance. Autrement dit, la r sistance est inversement proportionnelle la puissance quatri me du rayon, et elle est directement proportionnelle la longueur du tube et la viscosit du gaz. Dans un coulement turbulent, le mouvement du gaz se produit la fois parall lement et perpendiculairement l'axe du tube. La pression est proportionnelle au carr du d bit. La viscosit du gaz augmente avec l'augmentation de la densit du gaz, et donc la chute de pression augmente pour un d bit donn . Dans l'ensemble, la vitesse du gaz est mouss e car l' nergie est consomm dans le processus de g n ration de tourbillons et de mouvements chaotiques. En cons quence, une pression motrice plus lev e est n cessaire pour supporter un coulement turbulent donn que pour supporter un coulement laminaire similaire. Le fait que l' coulement travers un tube soit laminaire ou turbulent d pend du nombre de Reynolds. Le nombre de Reynolds (Re) est une valeur sans dimension qui exprime le rapport de termes bidimensionnels quivalents (cin matique/viscosit ), comme le montre l' quation : quation 22.3 o d est la densit du fluide, v est la vitesse moyenne, r est le rayon et est la viscosit . Dans les tubes droits, la turbulence se produit lorsque le nombre de Reynolds est sup rieur 2000. De cette relation, on peut voir que la turbulence est plus susceptible de se produire lorsque la vitesse moyenne du flux de gaz est lev e et que le rayon est grand. En revanche, un gaz de faible densit tel que l h lium est moins susceptible de provoquer un coulement turbulent. Ceci est cliniquement pertinent dans les tats de r sistance accrue des voies respiratoires o une diminution de la densit du gaz (par exemple, en rempla ant l'h lium par l'azote dans l'air inspir ) peut am liorer le flu |
Physiologie de Ganong et Levy | x d'air. Bien que ces relations s'appliquent bien aux tubes cylindriques lisses, l'application de ces principes un syst me complexe de tubes tel que les voies respiratoires est difficile. En cons quence, une grande partie du flux dans les voies respiratoires pr sente des caract ristiques la fois laminaires et turbulentes. Dans la trach e, par exemple, m me lors d'une respiration calme, le nombre de Reynolds est sup rieur 2 000. Un coulement turbulent se produit donc dans la trach e, m me lors d'une respiration calme. La turbulence est galement favoris e par la glotte et les cordes vocales, qui produisent une certaine irr gularit et obstruction des voies respiratoires. mesure que le gaz s' coule distalement, la surface transversale totale augmente consid rablement et les vitesses du gaz diminuent consid rablement. En cons quence, le flux de gaz devient plus laminaire dans les petites voies respiratoires, m me lors d une ventilation maximale. Globalement, le flux de gaz dans les voies respiratoires les plus grandes (nez, bouche, glotte et bronches) est turbulent, tandis que le flux de gaz dans les voies respiratoires plus petites est laminaire. Les bruits respiratoires entendus avec un st thoscope refl tent un flux d'air turbulent. Le flux laminaire est silencieux, c est pourquoi il est difficile d entendre les petites maladies des voies respiratoires avec un st thoscope. La r sistance au flux d air est le deuxi me facteur majeur qui d termine le d bit d air dans les voies respiratoires. La r sistance au flux d'air dans les voies respiratoires (brut) diff re selon les voies respiratoires de diff rentes tailles. En se d pla ant de la trach e vers l'alv ole, les voies respiratoires individuelles deviennent plus petites tandis que le nombre de branches des voies respiratoires augmente consid rablement. Raw est gal la somme des r sistances de chacune de ces voies respiratoires (c'est- -dire Raw = Rlarge + Rmedium + Rsmall). De l quation de Poiseuille, on pourrait conclure que le site principal de la r sistance des voies respiratoires se situe dans les plus petites voies respiratoires. En fait, cependant, le principal site de r sistance le long de l arbre bronchique se situe dans les huit premi res g n rations de voies respiratoires. .08 .06 Zone respiratoireZone conductrice G n ration des voies respiratoires .02 .04 0 0 5 10 15 20 R sistance (cm H2 O/L/sec) Fig. 22.1 La r sistance des voies respiratoires en fonction de la g n ration des voies respiratoires. Dans un poumon normal, la majeure partie de la r sistance au flux d air se produit au cours des huit premi res g n rations des voies respiratoires. Les plus petites voies respiratoires contribuent tr s peu la r sistance totale globale de l'arbre bronchique (Fig. 22.1 ). La raison en est double : (1) la vitesse du flux d'air diminue consid rablement mesure que la surface transversale effective augmente (c'est- -dire que le flux devient laminaire), et (2) plus important encore, les branches des voies respiratoires de chaque g n ration existent en parall le plut t qu'en s rie. . La r sistance des voies respiratoires en parall le est l'inverse de la somme des r sistances individuelles ; la contribution globale la r sistance des petites voies respiratoires est donc tr s faible. A titre d'exemple, supposons que chacun des trois tubes ait une r sistance de 3 cm H2O. Si les tubes sont en s rie, la r sistance totale (Rtot) est la somme des r sistances individuelles : quation 22.4 Si les tubes sont en parall le (comme c'est le cas dans les petites voies respiratoires), la r sistance totale est la somme de l'inverse des r sistances individuelles : quation 22.5 Cette relation contraste nettement avec les vaisseaux sanguins pulmonaires, dans lesquels la majeure partie de la r sistance est localis e dans les petits vaisseaux (voir ). Ainsi, mesure que le diam tre des voies respiratoires diminue, la r sistance offerte par chaque voie a rienne individuelle augmente, mais la forte augmentation du nombre de voies parall les et de la section transversale r duit la r sistance chaque g n ration de ramification. Au cours d'une respiration normale, environ 80 % de la r sistance au flux d'air la capacit r siduelle fonctionnelle (FRC) des fibres vagales eff rentes, soit directement ou par r flexe, augmente) secondaire la constriction des voies respiratoires (rappelons que le nerf vague innerve le muscle lisse des voies respiratoires). En revanche, la stimulation des nerfs sympathiques et la lib ration du neurotransmetteur postganglionnaire noradr naline inhibent la constriction des voies respiratoires. La stimulation r flexe du nerf vague par l'inhalation de fum e, de poussi re, d'air froid ou d'autres irritants peut galement entra ner une constriction des voies respiratoires et de la toux. Des agents tels que l'histamine, l'ac tylcholine, le thromboxane A2, la prostaglandine F2 et les leucotri nes (LTB4, LTC4 et LTD4) sont lib r s |
Physiologie de Ganong et Levy | par les cellules r sidentes (par exemple, les mastocytes, les cellules pith liales des voies respiratoires) et les cellules recrut es (par exemple, les neutrophiles, les osinophiles) en r ponse. divers d clencheurs tels que les allerg nes et les infections virales. Ces agents agissent directement sur les muscles lisses des voies respiratoires pour provoquer une constriction et une augmentation de la r sistance des voies respiratoires. Inhalation Fig. 22.2 R sistance des voies respiratoires (AWR) et conductance (Cond.) en fonction du volume pulmonaire. se produit dans les voies respiratoires d un diam tre sup rieur 2 mm. tant donn que les petites voies respiratoires contribuent si peu la r sistance pulmonaire totale, la mesure de la r sistance des voies respiratoires est un mauvais test pour d tecter une petite obstruction des voies respiratoires. Facteurs qui contribuent la r sistance des voies respiratoires Chez les individus en bonne sant , la r sistance des voies respiratoires est d'environ 1 cm H2O/L sec. L un des facteurs les plus importants affectant la r sistance est le volume pulmonaire. L augmentation du volume pulmonaire augmente le calibre des voies respiratoires car elle cr e une pression transa rienne positive. En cons quence, la r sistance au flux d air diminue avec l augmentation du volume pulmonaire et augmente avec la diminution du volume pulmonaire. Si l inverse de la r sistance (c est- -dire la conductance) est trac en fonction du volume pulmonaire, la relation entre le volume pulmonaire et la conductance est lin aire (Fig. 22.2 ). D'autres facteurs qui augmentent la r sistance des voies respiratoires comprennent le mucus des voies respiratoires, l' d me et la contraction du muscle lisse bronchique, qui diminuent tous le calibre des voies respiratoires. La densit et la viscosit du gaz inspir affectent galement la r sistance des voies respiratoires. Lors de la plong e sous-marine, la densit des gaz augmente et entra ne une augmentation de la r sistance des voies respiratoires ; cette augmentation peut causer des probl mes aux personnes souffrant d asthme et de maladie pulmonaire obstructive. La respiration d'un gaz de faible densit tel qu'un m lange oxyg ne-h lium entra ne une diminution de la r sistance des voies respiratoires et a t exploit e dans le traitement de l' tat de mal asthmatique, une affection associ e une r sistance accrue des voies respiratoires due une combinaison de bronchospasme, d'inflammation des voies respiratoires et d'hypers cr tion. de mucus. R gulation neurohumorale de la r sistance des voies respiratoires Outre les effets de la maladie, la r sistance des voies respiratoires est r gul e par divers agents neuronaux et humoraux. La stimulation de la m thacholine, un d riv de l'ac tylcholine, est utilis e pour diagnostiquer l'hyperr activit des voies respiratoires, qui est l'une des caract ristiques cardinales de certains ph notypes d'asthme. Bien que tout le monde soit capable de r agir la m thacholine, une obstruction des voies respiratoires se d veloppe chez les personnes asthmatiques des concentrations beaucoup plus faibles de m thacholine inhal e. Mesure du d bit expiratoire La mesure des d bits expiratoires et des volumes expiratoires est un outil clinique important pour valuer et la surveillance des maladies respiratoires. Les tests cliniques couramment utilis s demandent au patient d'inspirer au maximum jusqu' la capacit pulmonaire totale (CCM), puis d'expirer aussi rapidement et compl tement que possible jusqu'au volume r siduel (VR). Les r sultats du test sont affich s soit sous forme de spirogramme ( Fig. 22.3A ) ou sous forme de courbe/boucle d bit-volume ( Figure 22.3B ). Les r sultats des individus chez lesquels une maladie pulmonaire est suspect e sont compar s aux r sultats pr dits chez des volontaires sains normaux. Les valeurs pr dites ou normales varient en fonction de l' ge, du sexe, de l'origine ethnique, de la taille et, dans une moindre mesure, du poids ( Tableau 22.1 ). Des anomalies dans les valeurs indiquent une fonction pulmonaire anormale et peuvent tre utilis es pour pr dire des anomalies dans les changes gazeux. Ces valeurs peuvent d tecter la pr sence d une fonction pulmonaire anormale bien avant l apparition des sympt mes respiratoires et peuvent tre utilis es pour d terminer la gravit de la maladie et la r ponse au traitement. Le spirogramme Un spirogramme affiche le volume de gaz expir en fonction du temps (voir Fig. 22.3A) et mesure : (1) la capacit vitale forc e (CVF), (2) le volume expiratoire maximal en 1 seconde (VEMS), (3) le rapport VEMS/CVF (VEMS/CVF), et (4) le d bit expiratoire moyen maximum (FEF25-75). Le volume total d air expir lors d une expiration forc e maximale de TLC RV est appel FVC. Le volume d air expir dans la premi re seconde lors de la man uvre est appel FEV1. Chez les individus normaux, 70 85 % (selon l' ge) de la CVF peuvent tre expir s |
Physiologie de Ganong et Levy | dans la premi re seconde. Ainsi, le rapport VEMS/CVF normal est sup rieur 70 % chez l adulte en bonne sant . Un ratio inf rieur 70 % sugg re Fig. 22.3 Spirogramme clinique (A) et d bit boucle de volume (B). L individu prend une inspiration maximale, puis expire aussi rapidement, aussi fort et aussi maximalement que possible. Fig.21.3 ), dans lequel le volume expir augmente du haut vers le bas du trac . Dans la boucle de volume de d bit (B), le volume expir est trac en fonction du d bit instantan , qui est mesur l'aide d'un eumotachom tre apn. Le d bit expiratoire maximal atteint lors de la man uvre est appel d bit expiratoire de pointe. Notez les emplacements de TLC et RV sur les deux trac s. difficult expirer en raison d une obstruction et est une caract ristique de la maladie pulmonaire obstructive. Un d bit expiratoire le d bit moyen sur la section m diane de la CV peut tre calcul partir du spirogramme. Ce d bit expiratoire porte plusieurs noms, notamment MMEF (d bit expiratoire mi-maximal) et FEF25-75 (d bit expiratoire forc de 25 % 75 % de la CV). Bien qu il puisse tre calcul partir du spirogramme, les spirom tres actuels calculent automatiquement le FEF25-75. Une autre fa on de mesurer cliniquement la fonction pulmonaire est la courbe ou boucle d bit-volume. Une courbe ou boucle d bit-volume est cr e en affichant le d bit instantan lors d'une man uvre forc e en fonction du volume de gaz. Ce d bit instantan peut tre affich aussi bien lors de l'expiration (courbe d bit-volume expiratoire) que lors de l'inspiration (courbe d bit-volume inspiratoire) (voir Figure 22.3B ). Les d bits expiratoires sont affich s au-dessus de la ligne horizontale et les d bits inspiratoires sont affich s en dessous de la ligne horizontale. La boucle d bit-volume mesure : (1) la CVF, (2) le d bit expiratoire le plus lev atteint lors de la man uvre expiratoire, appel d bit expiratoire de pointe (DEMP), et (3) plusieurs d bits expiratoires diff rents volumes pulmonaires. Lorsque la courbe d bit-volume expiratoire est divis e en trimestres, le d bit instantan auquel 50 % de la CV reste expirer est appel FEF50 ( galement appel V max50), le d bit instantan auquel 75 % de la CV a t expir est appel FEF75 ( V max75), et le d bit instantan auquel 25 % de la CV a t expir est appel FEF25 (V max25). Figue. 22.4 Courbes isovolumiques. Trois man uvres de d bit expiratoire superpos es sont effectu es avec un effort croissant. Notez que les d bits inspiratoires et expiratoires des pois d pendent de l'effort, tandis que les d bits expiratoires ult rieurs l'expiration sont ind pendants de l'effort. Dans le test de provocation la thacholine, les mesures de spirom trie sont effectu es apr s que le patient a inhal des rations de concentration croissantes d'h muscarinicagoniste de la m thacholine. Le test est arr t lorsque le VEMS chute de 20 % ou plus ou lorsqu'une concentration maximale (25 mg/mL) de m thacholine a t inhal e. Une diminution de 20 % du VEMS est appel e concentration de provocation (PC)20. Plus la PC20 est basse, plus l'individu est sensible la m thacholine. La plupart des personnes asthmatiques ont une PC20 inf rieure 8 mg/mL de m thacholine. D terminants du d bit maximal La forme de la boucle d bit-volume r v le des informations importantes sur la physiologie pulmonaire normale qui peuvent tre alt r es par la maladie. L'inspection de la boucle d bit-volume r v le que le d bit inspiratoire maximum est identique ou l g rement sup rieur au d bit expiratoire maximum. Trois facteurs sont responsables du d bit inspiratoire maximum. Premi rement, la force g n r e par les muscles inspiratoires diminue mesure que le volume pulmonaire augmente au-dessus du RV. Deuxi mement, la pression de recul du poumon augmente mesure que le volume pulmonaire augmente au-dessus du RV. Cela s'oppose la force g n r e par les muscles inspiratoires et r duit le d bit inspiratoire maximum. Cependant, la r sistance des voies respiratoires diminue avec l augmentation du volume pulmonaire et mesure que le calibre des voies respiratoires augmente. La combinaison de la force musculaire inspiratoire, du recul du poumon et des modifications de la r sistance des voies respiratoires provoque un d bit inspiratoire maximal peu pr s mi-chemin entre la TLC et la RV. Pendant l'expiration, le d bit maximal se produit au d but (dans les premiers 20 %) de la man uvre et les d bits diminuent progressivement vers le VD. M me avec un effort croissant, le d bit maximal diminue mesure que l on s approche du VR. Ceci est connu sous le nom de limitation du d bit expiratoire et peut tre d montr en demandant un individu d'effectuer trois man uvres expiratoires forc es avec un effort croissant. La figure 22.4 montre les r sultats de ces trois man uvres. mesure que l effort augmente, le d bit expiratoire de pointe augmente. Cependant, les d bits des volumes pulmonaires inf rieurs |
Physiologie de Ganong et Levy | convergent ; cela indique qu'avec un effort modeste, le d bit expiratoire maximal est atteint. Aucun effort n augmentera les d bits mesure que le volume pulmonaire diminue. Pour cette raison, les d bits expiratoires des volumes pulmonaires inf rieurs sont dits ind pendants de l effort et limit s car le d bit maximal est atteint avec un effort modeste, et aucun effort suppl mentaire ne peut augmenter le d bit au-del de cette limite. En revanche, les v nements au d but de la man uvre expiratoire seraient d pendants de l effort ; c'est- -dire qu'un effort croissant g n re des d bits croissants. En g n ral, les premiers 20 % du d bit dans la boucle d bit-volume expiratoire d pendent de l'effort. Limitation du d bit et point de pression gal Pourquoi le d bit expiratoire est-il limit et raisonnablement ind pendant de l effort ? Les facteurs qui limitent le d bit expiratoire sont importants car de nombreuses maladies pulmonaires affectent ces facteurs et affectent ainsi le volume et la vitesse avec lesquels l'air entre et sort des poumons. La limitation du d bit se produit lorsque les voies respiratoires, qui sont intrins quement des tubes extensibles et souples, sont comprim es. Les voies respiratoires se compriment lorsque la pression l ext rieur des voies respiratoires d passe la pression l int rieur des voies respiratoires. Comment et quand cela se produit est important pour comprendre la maladie pulmonaire. La figure 22.5 montre les v nements qui CCM, pas de d bit Fig. 22,5 Limitation du d bit.A, Fin de l'inspiration, avant le d but de l'expiration. B, Au d but d'une expiration forc e. C, Imitation du d bit expiratoire tardif lors d'une expiration forc e. La limitation du d bit expiratoire se produit aux endroits o le diam tre des voies respiratoires est plus troit en raison d'une pression transmurale n gative. Voir le texte pour plus de d tails. se produisent lors d une limitation du d bit expiratoire deux volumes pulmonaires diff rents. Les voies respiratoires et les alv oles sont entour es par l'espace pleural et la paroi thoracique. Les voies respiratoires sont repr sent es sous forme de tubes coniques car la section transversale totale ou collective des voies respiratoires diminue des alv oles la trach e. Au d but de l'expiration mais avant tout flux de gaz, la pression l'int rieur de l'alv ole (PA) est nulle (pas de flux d'air) et la pression pleurale (dans cet exemple) est de 30 cm H2O. La pression transpulmonaire est donc de +30 cm H2O (PL = PA Ppl). Puisqu'il n'y a pas de d bit, la pression l'int rieur des voies respiratoires est nulle et la pression travers les voies respiratoires (Pta, pression des voies respiratoires) est de +30 cm H2O [Pta = Pairway Ppl = 0 ( 30 cm H2O)]. Cette pression transpulmonaire et transa rienne positive maintient les alv oles et les voies respiratoires ouvertes. Lorsqu'une expiration active commence et que les muscles expiratoires se contractent, la pression pleurale monte +60 cm H2O (dans cet exemple). La pression alv olaire augmente galement, en partie cause de l'augmentation de la pression pleurale (+60 cm H2O) et en partie cause de la pression de recul lastique du poumon ce volume pulmonaire (qui dans ce cas est de 30 cm H2O). La pression alv olaire est la somme de la pression pleurale et de la pression de recul lastique (c'est- -dire PA = Pel + Ppl = 30 cm H2O + 60 cm H2O = 90 cm H2O dans cet exemple). Il s'agit de la pression motrice du d bit de gaz expiratoire. Parce que la pression alv olaire d passe la pression atmosph rique, le gaz commence s' couler de l'alv ole vers la bouche lorsque la glotte s'ouvre. mesure que le gaz s' coule des alv oles, la pression transmurale dans les voies respiratoires diminue (c'est- -dire que la hauteur de pression pour le flux de gaz expiratoire se dissipe). Cela se produit pour trois raisons : (1) il existe une chute de pression r sistive provoqu e par la perte de pression par friction associ e au d bit (r sistance au d bit d'air expiratoire) ; (2) mesure que la section transversale des voies respiratoires diminue vers la trach e, la vitesse du gaz augmente et cette acc l ration du flux de gaz diminue encore la pression ; et (3) mesure que le volume pulmonaire diminue, la pression de recul lastique diminue. Ainsi, mesure que l air sort des poumons, la pression motrice du d bit de gaz expiratoire diminue. De plus, l attache m canique qui maintient les voies respiratoires ouvertes des volumes pulmonaires lev s diminue mesure que le volume pulmonaire diminue. Il existe un point entre les alv oles et la bouche o la pression l int rieur des voies respiratoires est gale la pression qui entoure les voies respiratoires. Ce point est appel point d galit de pression. Les voies respiratoires dirig es vers la bouche mais toujours l int rieur de la paroi thoracique sont comprim es parce que la pression ext rieure est sup rieure la pression int rieure (compression d |
Physiologie de Ganong et Levy | ynamique des voies respiratoires). En cons quence, la pression des voies respiratoires devient d sormais n gative [Pta = Paw Ppl = 58 (+60) = 2 cm H2O] juste au-del du point de pression gal. Aucun effort n'augmentera davantage le d bit, car la pression pleurale plus lev e a tendance effondrer les voies respiratoires au point de pression gale, tout comme elle a galement tendance augmenter le gradient du d bit de gaz expiratoire. Dans ces conditions, le d bit d air est ind pendant de la pression totale d entra nement. Le d bit expiratoire est donc ind pendant de l effort et limit . C est galement la raison pour laquelle la r sistance des voies respiratoires est plus grande lors de l expiration que lors de l inspiration. En l absence de maladie pulmonaire, le point de pression gal se produit dans les voies respiratoires contenant du cartilage et r sistent ainsi l effondrement. Toutefois, le point de pression gale n est pas statique. mesure que le volume pulmonaire diminue et que la pression de recul lastique diminue, le point de pression gal se rapproche des alv oles. Une mesure suppl mentaire de la m canique dynamique des poumons doit tre mentionn e, savoir la mesure de la souplesse dynamique. Une courbe dynamique pression-volume peut tre cr e en demandant un individu de respirer sur une plage de volume pulmonaire normale (g n ralement de FRC FRC +1 L). Le Que se passe-t-il chez les individus souffrant d une maladie pulmonaire ? Imaginez un individu pr sentant une obstruction des voies respiratoires secondaire une combinaison d accumulation de mucus et d inflammation des voies respiratoires (Fig. 22,6A Au d but de l'expiration, la pression motrice du d bit de gaz expiratoire est la m me que chez un individu normal ; c'est- -dire que la pression motrice est la somme de la pression de recul lastique et de la pression pleurale. Au cours de l'expiration, cependant, la chute de pression r sistive est plus grande que chez l'individu normal en raison de la plus grande diminution du rayon des voies respiratoires. C'est n cessaire l'accumulation de mucus et l'inflammation. En cons quence, le point de pression gal se produit maintenant dans de petites Ces voies respiratoires s'effondrent. Cet effondrement est connu sous le nom de fermeture pr matur e des voies respiratoires, ce qui entra ne un volume expiratoire inf rieur au maximum et produit une augmentation du volume pulmonaire appel e pi geage d'air. L'augmentation du volume pulmonaire aide initialement compenser l'augmentation de la r sistance des voies respiratoires caus e par l'accumulation d'air. Cependant, mesure que la maladie progresse, l'inflammation et l'accumulation de mucus augmentent davantage, il y a une augmentation plus importante de la r sistance expiratoire et les d bits expiratoires maximaux diminuent. Figure 22.6B ).Au d but de l expiration, la pression motrice du d bit de gaz expiratoire est r duite secondairement une perte de recul lastique. Bien que la chute de pression r sistive soit normale, la pression d'entra nement initiale plus faible entra ne un point de pression gal qui se produit plus pr s des alv oles dans les voies respiratoires qui ne contiennent pas de cartilage. La fermeture pr matur e des voies respiratoires se produit nouveau, mais pour une raison tr s diff rente de la fermeture pr matur e des voies respiratoires observ e chez les individus avec une augmentation de la r sistance des voies respiratoires. Les personnes pr sentant une fermeture pr matur e des voies respiratoires ont souvent des cr pitements, parfois appel s r les, un son sec g n ralement entendu lors de l'inspiration lors de l'auscultation. Ces cr pitements sont dus l'ouverture des voies respiratoires lors de l'inspiration qui s'est ferm e (c'est- -dire, ont t comprim es) lors de l'expiration pr c dente. Les cr pitements peuvent tre dus un mucus. accumulation, inflammation des voies respiratoires, liquide dans les voies respiratoires ou tout m canisme responsable du r tr cissement ou de la compression des voies respiratoires. On les entend galement chez les individus souffrant d'emphys me, chez lesquels il y a une diminution du recul lastique pulmonaire. En fait, les maladies pulmonaires aigu s et chroniques peuvent modifier le d bit expiratoire. relation de volume par changements dans (1) la pression statique du poumon, (2) la r sistance des voies respiratoires et la r partition de la r sistance le long des voies respiratoires, (3) la perte d'attache m canique des voies respiratoires intraparenchymateuses, (4) les modifications de la raideur ou des propri t s m caniques des voies respiratoires, et (5) les diff rences en termes d'intensit des changements mentionn s ci-dessus dans diverses r gions pulmonaires. La complaisance dynamique moyenne du poumon (dyn CL) est calcul e comme la pente de la ligne qui relie les points de fin d'inspiration et de fin d'expiration sans d bit ( Figure 22.7 La co |
Physiologie de Ganong et Levy | nformit dynamique est toujours inf rieure la conformit statique et elle augmente au cours de l'exercice. En effet, pendant la respiration au volume courant, un petit changement dans la surface alv olaire est insuffisant pour amener des mol cules de surfactant suppl mentaires la surface, et le poumon est donc moins conforme. Pendant l exercice, c est le contraire qui se produit ; il y a de grands changements dans Mucus, d me, bronchoconstriction PL = 90 60 = 30 cm H2O Figure 22.6 A, Limitation du d bit en pr sence d'une r sistance accrue des voies respiratoires. B, Limitation du d bit en pr sence d'une perte d' lasticit de l'enroulement. Fig. 22.7 Pression d'inflation-d flation Courbe de volume. La direction de l'inspiration et de l'expiration est indiqu e par les fl ches. La diff rence entre la pression de gonflage et de d flation La courbe de volume est due la variation de la tension superficielle avec les changements du volume pulmonaire. Notez la pente de la ligne joignant les points sans flux d'air. Cette pente est moins raide que la pente de la pression de d gonflage. courbe de volume au m me volume pulmonaire. volume courant, et davantage de mat riau tensioactif est incorpor dans l'interface air-liquide. Le poumon est donc plus souple. Les soupirs et les b illements augmentent la souplesse dynamique en augmentant le volume courant et en r tablissant la couche de surfactant normale. Ces deux activit s respiratoires sont importantes pour maintenir une conformation pulmonaire normale. Contrairement au poumon 1000, la souplesse dynamique de la paroi thoracique n'est pas significativement diff rente de sa souplesse statique. EF Insp. Exp. B Travail de respiration La respiration n cessite l utilisation des muscles respiratoires (diaphragme, intercostaux ), qui d pensent de l nergie. Des travaux sont n cessaires pour surmonter les propri t s m caniques inh rentes aux poumons (c'est- -dire les forces lastiques et de r sistance l' coulement) et pour d placer la fois les poumons et la paroi thoracique. Ce travail est connu sous le nom de travail de respiration. Les modifications des propri t s m caniques du poumon ou de la paroi thoracique (ou des deux) en pr sence d une maladie entra nent une augmentation du travail respiratoire. Les muscles respiratoires peuvent effectuer un travail accru sur de longues p riodes. Cependant, le corps. Dans le syst me respiratoire, le travail respiratoire est calcul en multipliant la variation de volume par la pression exerc e dans le syst me respiratoire : Travail respiratoire (W) = Pression (P) DC, comme les autres muscles squelettiques, ils peuvent se fatiguer et une insuffisance respiratoire peut s'ensuivre. La fatigue des muscles respiratoires est la cause la plus fr quente d'insuffisance respiratoire, un processus dans lequel les changes gazeux ne suffisent pas r pondre aux besoins m taboliques des Bien qu'il n'existe pas de m thodes disponibles pour mesurer la quantit totale de travail impliqu dans la respiration, on peut estimer le travail m canique en mesurant les changements de volume et de pression au cours d'un cycle respiratoire. L analyse des courbes pression-volume peut tre utilis e pour illustrer ces points. Figue. 22,8A repr sente un cycle respiratoire d'un poumon normal. La courbe statique inflation-d flation est repr sent e par la ligne ABC. La charge de travail m canique totale est repr sent e par la zone trap zo dale OAECD. Dans les maladies pulmonaires restrictives, telles que la fibrose pulmonaire, la conformation pulmonaire est diminu e et la courbe pression-volume est d cal e vers la droite. Il en r sulte une augmentation significative du travail respiratoire (voir Fig. 22.8B ), comme l'indique l'augmentation de la surface trap zo dale de l'OAECD. Dans les maladies pulmonaires obstructives, telles que l'asthme lors d'une exacerbation ou la bronchite chronique, la r sistance des voies respiratoires est lev e (voir Figue. 22,8 C) et une pression pleurale n gative plus lev e est n cessaire pour maintenir des d bits inspiratoires normaux. En plus de l'augmentation du travail inspiratoire total (OAECD), les personnes atteintes d'une maladie pulmonaire obstructive pr sentent une augmentation de la pression pleurale positive pendant l'expiration en raison de l'augmentation de la r sistance et de l'augmentation de la charge de travail expiratoire, qui est visualis e comme zone DFO. L' nergie lastique stock e, repr sent e par l'aire ABCF de Fig. 22.8A, n'est pas suffisant et une nergie suppl mentaire est n cessaire pour l'expiration. Avec le temps ou la progression de la maladie, ces muscles respiratoires peuvent se fatiguer et entra ner une insuffisance respiratoire. Le travail de la respiration est galement augment lorsque des respirations plus profondes sont prises (une augmentation du volume courant n cessite un travail plus lastique pour tre surmont e) et lorsque la fr quence respiratoire augmente (un |
Physiologie de Ganong et Levy | e augmentation du nombre de minutes). ).La d composition des zones trap zo dales permet d'appr cier l'individu. Les aspects de la charge de travail m canique, qui comprennent les l ments suivants : OABCD, travail n cessaire pour vaincre la r sistance lastique ; AECF, travail n cessaire pour vaincre la r sistance non lastique ; la ventilation n cessite plus de force de r sistance l' coulement pour surmonter) ( Figure 22.9 ). Les individus normaux et les individus atteints d une maladie pulmonaire adoptent des sch mas respiratoires qui minimisent le travail respiratoire. Pour cette raison, les personnes atteintes de fibrose pulmonaire (travail lastique accru) respirent plus superficiellement et plus rapidement, et celles atteintes d'une maladie pulmonaire obstructive (travail lastique normal mais travail r sistif accru) respirent plus lentement et plus profond ment. 60 50 40 Travail total Travail lastique Travail non lastique 20 10 30 10 20 30 40 Travail m canique (kg-m/min) Fr quence respiratoire (nb/min) Bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO) est un terme g n ral qui inclut des maladies telles que l'emphys me et la bronchite chronique. La BPCO survient le plus souvent chez les personnes qui fument, chez lesquelles des changements pathologiques dans les poumons compatibles avec le physis me et la bronchite chronique peuvent coexister. la cicatrisation des parois v olaires et capillaires est progressivement d truite, ce qui entra ne une augmentation de la conformation pulmonaire et une diminution La diminution du recul in lastique entra ne un mouvement du point de pression gale vers l'alv ole et une fermeture pr matur e des voies respiratoires. Cela produit un pi geage de l'air et une augmentation du RV, du FRC et du TLC. La r sistance des voies respiratoires est galement accrue. Ces augmentations des volumes pulmonaires augmentent le travail respiratoire en tirant les muscles respiratoires et augmentant leur efficacit . La bronchite chronique, l'accumulation de mucus et l'inflammation des voies respiratoires provoquent le d placement du point de pression gal vers l'alv ole, ce qui entra ne une fermeture pr matur e des voies respiratoires et une augmentation des RV, FRC et CTL. La r sistance des voies respiratoires et le travail respiratoire sont augment s, mais la conformit pulmonaire est normale. Dans les maladies pulmonaires restrictives telles que la fibrose pulmonaire, la compliance pulmonaire est diminu e. Les volumes pulmonaires sont diminu s, mais les d bits sont raisonnablement normaux. Certains des changements dans les valeurs de la fonction pulmonaire dans les maladies pulmonaires obstructives et restrictives sont indiqu s dans Tableau 22.1 Au cours du troisi me trimestre de la grossesse, l'ut rus largi augmente la pression intra-abdominale et restreint les mouvements des hommes au diaphragme. La CRF, en cons quence, diminue. Figue. 22,9 Effet de la fr quence respiratoire sur le travail lastique, non lastique et m canique total de la respiration un niveau donn de ventilation alv olaire. Les individus ont tendance adopter une fr quence respiratoire laquelle le travail respiratoire total est minime (fl che) pour ceux sans maladie pulmonaire. 1. Il existe deux principaux types de flux de gaz dans les voies respiratoires : turbulent et laminaire. 2. La r sistance au d bit d air est le changement de pression par unit de d bit. La r sistance des voies respiratoires varie avec l inverse de la puissance quatri me du rayon et est plus lev e en coulement turbulent qu en coulement laminaire. Le principal site de r sistance des voies respiratoires se situe au niveau des huit premi res g n rations des voies respiratoires. La r sistance des voies respiratoires diminue avec l augmentation du volume pulmonaire et avec la diminution de la densit des gaz. La r sistance respiratoire est galement r gul e par des agents neuronaux et humoraux. 3. Les tests de la fonction pulmonaire (spirom trie, boucle d bit-volume, pl thysmographie corporelle) peuvent d tecter des anomalies de la fonction pulmonaire avant que les individus ne pr sentent des sympt mes. Les r sultats des tests sont compar s aux r sultats obtenus chez des individus normaux et varient selon le sexe, l'origine ethnique, l' ge et la taille. La BPCO se caract rise par une augmentation du volume pulmonaire et de la r sistance des voies respiratoires ainsi que par une diminution du d bit expiratoire. L'emphys me, un type sp cifique de BPCO, se caract rise en outre par une compliance pulmonaire accrue. Les maladies pulmonaires restrictives se caract risent par une diminution du volume pulmonaire, des d bits expiratoires normaux et de la r sistance, ainsi qu'une diminution marqu e de la compliance pulmonaire. 4. Le point d galit de pression est le point auquel la pression l int rieur et autour des voies respiratoires est la m me. L'emplacement du point de pression gale est dynamique. Plus pr cis m |
Physiologie de Ganong et Levy | ent, mesure que le volume pulmonaire et le recul lastique diminuent, le point de pression gal se d place vers l'alv ole chez les individus normaux. Chez les personnes atteintes de maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC), le point de pression gal dans n'importe quel volume pulmonaire est plus proche de l'alv ole. La limitation du d bit expiratoire se produit au point d galit de pression. 5. L' nergie est d pens e pendant la respiration pour vaincre les propri t s m caniques inh rentes du poumon. La fatigue des muscles respiratoires est la cause la plus fr quente d insuffisance respiratoire. Les individus respirent un rythme respiratoire pour minimiser le travail. Pour les personnes pr sentant une r sistance accrue des voies respiratoires, le travail est minimis en respirant des fr quences plus basses. Pour les personnes souffrant de maladies pulmonaires restrictives, le travail est minimis par une respiration superficielle hautes fr quences. 6. La souplesse dynamique du poumon est toujours inf rieure la souplesse statique et augmente pendant l'exercice, les soupirs et les b illements. Calverley PMA, Koulouris NG. Limitation du d bit et hyperinflation dynamique : concepts cl s de la physiologie respiratoire moderne. Eur Respir J. 2005;25:186-199. Crapo RO, et al. R f rencez les valeurs spirom triques l aide de techniques et d quipements conformes aux recommandations de l ATS. Am Rev Respir Dis. 1981 ; 123 : 659-664. Otis AB. Une perspective de la m canique respiratoire. J Appl Physiol. 1983;54 : 1183-1187. Otis AB et coll. M canique de la respiration chez l'homme. J Appl Physiol. 1950;2:592-607. Leff AR, Schumacker PT. Physiologie respiratoire : bases et applications. Philadelphie : Saunders ; 1993. Lum AB. Physiologie respiratoire appliqu e de Nunn. 8e d. Saint-Louis : Elsevier ; 2016. Mead J, MacKlem PT. M canique de la respiration. Dans : Manuel de physiologie. Section 3, Les voies respiratoires Syst me. Bethesda, MD : Soci t am ricaine de physiologie ; 1986. Biblioth que en ligne Wiley est ce que je:10.1002/cphys.cp0303fmo1. Relations ventilation, perfusion et ventilation/perfusion A la fin de ce chapitre, l' tudiant doit tre capable de r pondre aux questions suivantes : 1. D finissez deux types de ventilation des espaces morts et d crivez comment la ventilation des espaces morts volue en fonction du volume courant. 2. D crire la composition des gaz dans l'air ambiant, la trach e et les alv oles, et comprendre comment cette composition change avec les changements de fraction d'oxyg ne et de pression barom trique. 3. Utilisez l quation de l air alv olaire pour calculer la diff rence alv olaire-art rielle pour l oxyg ne (AaDO2). 4. Comprendre l' quation du dioxyde de carbone alv olaire et identifier comment elle volue en fonction des modifications de la ventilation alv olaire. 5. Comparez la r partition du flux sanguin pulmonaire la r partition de la ventilation. 6. num rez et d finissez les quatre cat gories d hypoxie et les six causes d hypoxie hypoxique. 7. Distinguer les causes de l'hypoxie hypoxique sur la base de la r ponse 100 % d'O2. 8. D crivez les deux causes de l'hypercapnie. Le d terminant majeur des changes gazeux normaux et donc du niveau de PO2 et de PCO2 dans le sang est la relation entre la ventilation (V ) et la perfusion (Q ). Cette relation est appel e rapport ventilation/perfusion (V /Q ). La ventilation est le processus par lequel l'air entre et sort des poumons. L'air entrant est compos d'un volume qui remplit les voies a riennes conductrices (ventilation des espaces morts) et d'une partie qui remplit les alv oles (ventilation alv olaire). La ventilation minute (ou totale) (V E) est le volume d'air qui entre ou sort du poumon par minute : quation 23.1 o f est la fr quence ou le nombre de respirations par minute et VT ( galement appel TV) est le volume courant, ou le volume d'air inspir (ou expir ) par respiration. Le volume courant varie selon l ge, le sexe, la position du corps et l activit m tabolique. Chez un adulte de taille moyenne au repos, le volume courant est de 500 ml. Chez les enfants, c'est 3 5 mL/kg. Ventilation des espaces morts : anatomique et physiologique La ventilation des espaces morts est la ventilation des voies respiratoires qui ne participent pas aux changes gazeux. Il existe deux types d espaces morts : les espaces morts anatomiques et les espaces morts physiologiques. L'espace mort anatomique (VD) est compos du volume de gaz qui remplit les voies respiratoires conductrices : quation 23.2 o V fait r f rence au volume et les indices T, D et A font r f rence la mar e, l'espace mort et l'alv olaire. Un point au-dessus de V d signe un volume par unit de temps (n) : quation 23.3 quation 23.4 o V E est le volume total de gaz en litres expuls des poumons par minute ( galement appel volume minute expir ), V D est la ventilation de l'espace mort par minute et V A est la |
Physiologie de Ganong et Levy | ventilation alv olaire par minute. Chez un adulte en bonne sant , le volume de gaz contenu dans les voies respiratoires conductrices capacit r siduelle fonctionnelle (CRF) est d'environ 100 200 mL, en comparaison avec les 3 L de gaz dans un poumon entier. Le rapport entre le volume des voies respiratoires conductrices (espace mort) et le volume courant repr sente la fraction de chaque respiration qui est gaspill e pour remplir les voies respiratoires conductrices. Ce volume est li au volume courant (VT) et la ventilation minute expir e (V E) de la mani re suivante : quation 23.5 CHAPITRE 23 Relations ventilation, perfusion et ventilation/perfusion Si le volume de l'espace mort est de 150 ml et que le volume courant augmente de 500 600 ml pour la m me ventilation minute expir e, quel est l'effet sur la ventilation de l'espace mort ? = 0 3. VE et, de m me, L'augmentation du volume courant est un moyen efficace d'augmenter la ventilation alv olaire (et donc les valeurs normales des gaz du sang), comme cela peut se produire pendant l'exercice ou les p riodes de stress. mesure que le volume courant augmente, la fraction de ventilation de l espace mort diminue pour la m me ventilation minute expir e. La ventilation des espaces morts (VD) varie inversement avec le volume courant (VT). Plus le volume courant est grand, plus la proportion de ventilation des espaces morts est faible. Normalement, la VD/VT repr sente 20 30 % de la ventilation minute expir e. Les changements dans l espace mort contribuent grandement au travail respiratoire. Si l espace mort augmente, l individu doit inspirer un volume courant plus important pour maintenir des niveaux normaux de gaz sanguins. Cela s ajoute au travail respiratoire et peut contribuer la fatigue des muscles respiratoires et l insuffisance respiratoire. Si les demandes m taboliques augmentent (par exemple pendant l'exercice ou en cas de fi vre), les personnes atteintes d'une maladie pulmonaire peuvent ne pas tre en mesure d'augmenter suffisamment le volume courant. Le deuxi me type d espace mort est l espace mort physiologique. Souvent, dans les poumons malades, certaines alv oles sont perfus es mais non ventil es. Le volume total de gaz dans chaque respiration qui ne participe pas aux changes gazeux est appel espace mort physiologique. Ce volume comprend l'espace mort anatomique et l'espace mort secondaire aux alv oles perfus es mais non ventil es. L espace mort physiologique est toujours au moins aussi grand que l espace mort anatomique et, en pr sence d une maladie, il peut tre consid rablement plus grand. Les espaces morts anatomiques et physiologiques peuvent tre mesur s, mais ils ne sont pas mesur s syst matiquement au cours des soins aux patients. Composition de l'air L'inspiration am ne l'air ambiant ou atmosph rique vers les alv oles, o l'O2 est absorb et le CO2 est excr t . L'air ambiant est un Chez les personnes atteintes de certains types de maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC), comme l'emphys me, l'espace mort physiologique est augment . Si l espace mort double, le volume courant doit augmenter afin de maintenir le m me niveau de ventilation alv olaire. Si le volume courant est de 500 mL et que le VD/VT est de 0,25, alors Si VD augmente 250 mL dans cet exemple, le volume courant (VT) doit augmenter 625 mL pour maintenir une ventilation alv olaire normale (c'est- -dire VA = 375 mL) : m lange gazeux compos de N2 et d'O2, avec d'infimes quantit s de CO2, d'argon , et des gaz inertes. La composition de ce m lange gazeux peut tre d crite soit en termes de fractions gazeuses, soit en termes de pression partielle correspondante. L air ambiant tant un gaz, les lois des gaz peuvent tre appliqu es, d o d coulent deux principes importants. La premi re est que lorsque les composants sont consid r s en termes de fractions de gaz (F), la somme des fractions de gaz individuelles doit tre gale un : quation 23,6 1 0. = FN2 + FO2 + Fargon et autres gaz Il s ensuit donc que la somme des pressions partielles (en millim tres de mercure) d un gaz, galement appel e tension du gaz (en torr), doit tre gale la pression totale. Ainsi au niveau de la mer, o la pression atmosph rique ( galement appel e pression barom trique [Pb]) est de 760 mm Hg, les pressions partielles des gaz dans l'air sont les suivantes : quation 23.7 Trois lois importantes sur les gaz r gissent l air ambiant et la ventilation alv olaire. Selon la loi de Boyle, lorsque la temp rature est constante, la pression (P) et le volume (V) sont inversement li s ; c'est, La loi de Boyle est utilis e dans la mesure des volumes pulmonaires (voir Figure 21.4 ). La loi de Dalton dit que la pression partielle d un gaz dans un m lange gazeux est la pression que le gaz exercerait s il occupait le volume total du m lange en l absence des autres composants. q. 23,7 est un exemple de la fa on dont la loi de Dalton est utilis e dans les poumons. Selon |
Physiologie de Ganong et Levy | la loi de Henry, la concentration d un gaz dissous dans un liquide est proportionnelle sa pression partielle. Le deuxi me principe important est que la pression partielle d'un gaz (Pgas) est gale la fraction de ce gaz dans le m lange gazeux (Fgas) multipli e par la pression atmosph rique (barom trique) : quation 23.8 L'air ambiant est compos d'environ 21 % d'O2 et 79 % de N2. Par cons quent, la pression partielle d O2 dans l air ambiant inspir (PO2) est calcul e comme suit : quation 23.9 o (FiO2) est la fraction d'oxyg ne dans l'air inspir . La pression partielle d'O2, ou tension d'oxyg ne, dans l'air ambiant au niveau de la bouche au d but de l'inspiration est donc de 159 mm Hg, soit 159 torr. La tension d'O2 la bouche peut tre modifi e de deux mani res : en modifiant la fraction d'O2 dans l'air inspir (FiO2) ou en modifiant la pression barom trique. Ainsi, la tension ambiante en O2 peut tre augment e gr ce l administration d un suppl ment d O2 et diminu e haute altitude. La pression partielle d'O2 dans l'air ambiant varie avec l'altitude. Les points les plus lev s et les plus bas des tats-Unis contigus sont le mont Whitney dans le parc national de Sequoia/for t nationale d'Inyo (14 505 pieds ; pression barom trique, 437 mm Hg) et le bassin de Badwater dans le parc national de la Vall e de la Mort (282 pieds ; pression barom trique, 768 mm Hg). ). Sur le Mont Whitney, la pression partielle d'O2 dans l'air ambiant se calcule comme suit : . = 92 mm Hg alors que dans le bassin de Badwater de la Vall e de la Mort, la pression partielle d'oxyg ne est calcul e comme suit : . = 161 mmHg Notez que la FiO2 ne varie pas selon les altitudes ; seule la pression barom trique varie. Ces diff rences de tension en oxyg ne ont des effets profonds sur les valeurs des gaz du sang art riel. Au d but de l inspiration, l air ambiant est amen dans le nasopharynx et le laryngopharynx, o il se r chauffe la temp rature du corps et s humidifie. L air inspir devient satur de vapeur d eau au moment o il atteint la glotte. La vapeur d'eau exerce une pression partielle et dilue la pression totale dans laquelle les autres gaz sont distribu s. La pression de la vapeur d'eau la temp rature du corps est de 47 mm Hg. Pour calculer les pressions partielles d'O2 et de N2 dans un m lange humidifi , la pression partielle de vapeur d'eau doit tre soustraite de la pression barom trique totale. Ainsi, dans les voies respiratoires conductrices, qui commencent dans la trach e, la pression partielle d'O2 est calcul e comme suit : quation 23.10 = . = 150 mm Hg et la pression partielle de N2 est calcul e de la m me mani re : quation 23.11 = 563 mm Hg Notez que la pression totale reste constante 760 mm Hg (150 + 563 + 47 mm Hg) et que les fractions d'O2 et de N2 sont inchang es. La pression de la vapeur d eau r duit cependant les pressions partielles d O2 et de N2. Notons galement que dans le calcul de la pression partielle de l'air ambiant ( q. 23.9), la vapeur d eau est ignor e et l air ambiant est consid r comme sec . Les voies respiratoires conductrices ne participent pas aux changes gazeux. Par cons quent, les pressions partielles d O2, de N2 et de vapeur d eau restent inchang es dans les voies respiratoires jusqu ce que l air atteigne l alv ole. Lorsque l air inspir atteint l alv ole, l O2 est transport travers la membrane alv olaire jusqu au lit capillaire, et le CO2 se d place du lit capillaire vers l alv ole. Le processus par lequel cela se produit est d crit dans . En fin d'inspiration et avec la glotte ouverte, la pression totale dans l'alv ole est atmosph rique ; ainsi, les pressions partielles des gaz dans l'alv ole doivent tre gales la pression totale, qui dans ce cas est atmosph rique. La composition du m lange gazeux est cependant modifi e et peut tre d crite comme suit : quation 23.12 1 0. = FO2 + FN2 + FH2O + FCO2 + Fargon et autres gaz o N2 et argon sont des gaz inertes, et donc la fraction de ces gaz dans l'alv ole ne change pas par rapport aux fractions ambiantes. La fraction de vapeur d'eau ne change pas non plus car le gaz inspir est d j compl tement satur de vapeur d'eau et est la temp rature du corps. Cependant, en raison des changes gazeux, la fraction d O2 dans l alv ole diminue et la fraction de CO2 dans l alv ole augmente. En raison des changements dans les fractions d'O2 et de CO2, les pressions partielles exerc es par ces gaz changent galement. La pression partielle d'O2 dans l'alv ole (PAO2) est donn e par l' quation des gaz alv olaires, galement appel e quation de l'oxyg ne alv olaire id al : quation 23.13 CHAPITRE 23 Relations ventilation, perfusion et ventilation/perfusion PO2 159 150 102 90 40 PCO2 0 040 40 46 PH2O, 37 C 0 47 47 47 47 PN2 601 563 571 PCO2, pression partielle de dioxyde de carbone ; PH2O, pression partielle de l'eau ; PN2, pression partielle de azote; PO2, pression partielle d'oxyg ne ; PTOTAL, pression partielle de tous |
Physiologie de Ganong et Levy | les param tres ; R, quotient respiratoire. *PN2 est augment de 1 % dans les gaz alv olaires car R est normalement inf rieur 1. La Ptotale est inf rieure dans le sang veineux que dans le sang art riel car la PO2 a diminu plus que la PCO2 n'a augment . o PiO2 est la pression partielle d'O2 inspir , qui est gale la fraction d'O2 (FiO2) multipli e par la pression barom trique (Pb) moins la pression de vapeur d'eau (PH2O) ; PACO2 est la pression partielle du CO2 alv olaire ; et R est le rapport d' change respiratoire, ou quotient respiratoire. Le quotient respiratoire est le rapport entre la quantit de CO2 excr t e (V CO2) et la quantit d'O2 absorb e (V O2) par les poumons. Ce quotient est la quantit de CO2 produite par rapport la quantit d'O2 consomm e par le m tabolisme et d pend de l'apport calorique. Le quotient respiratoire varie entre 0,7 et 1,0 ; il est de 0,7 dans les tats de m tabolisme exclusif des acides gras et de 1,0 dans les tats de m tabolisme exclusif des glucides. Dans des conditions alimentaires normales, le quotient respiratoire est suppos tre de 0,8. Ainsi la quantit d O2 absorb e d passe la quantit de CO2 rejet e dans les alv oles. Les pressions partielles d'O2, CO2 et N2 de l'air ambiant jusqu'aux alv oles au niveau de la mer sont indiqu es dans Tableau 23.1 Une approche similaire peut tre utilis e pour calculer la PACO2 estim e. La fraction de CO2 dans l'alv ole est fonction du taux de production de CO2 par les cellules au cours du m tabolisme et de la vitesse laquelle le CO2 est limin de l'alv ole. Ce processus d limination du CO2 est appel ventilation alv olaire. La relation entre la production de CO2 et la ventilation alv olaire est d finie par l' quation du dioxyde de carbone alv olaire : quation 23.14 o V CO2 est le taux de production de CO2 par le corps, V A est la ventilation alv olaire par minute et FACO2 est la fraction de CO2 dans le gaz alv olaire sec. Cette relation d montre que le taux d' limination du CO2 de l'alv ole est li la ventilation alv olaire et la fraction de CO2 dans l'alv ole. Comme la pression partielle de tout autre gaz (voir q. 23.8 ), PACO2 est d fini par ce qui suit : quation 23.15 La substitution de FACO2 dans l' quation pr c dente donne la relation suivante : quation 23.16 Cette quation d montre plusieurs relations importantes. Premi rement, il existe une relation inverse entre la pression partielle de CO2 dans l'alv ole (PACO2) et la ventilation alv olaire par minute (V A), quel que soit le CO2 expir . Concr tement, si la ventilation est doubl e, la PACO2 diminue de 50 %. A l inverse, si la ventilation est diminu de moiti , le PACO2 double. Deuxi mement, ventilation alv olaire par minute (V A) constante, le doublement de la production m tabolique de CO2 (V CO2) entra ne un doublement de la PACO2. La relation entre V A et PACO2 est repr sent e dans Figure 23.1 Dans les poumons normaux, la PaCO2 est troitement r gul e et maintenue 40 2 mm Hg. Les augmentations ou diminutions de la PaCO2, en particulier lorsqu elles sont associ es des modifications du pH art riel, ont des effets profonds sur la fonction cellulaire, notamment sur l activit des enzymes et des prot ines. Des chimior cepteurs sp cialis s surveillent la PaCO2 dans le tronc c r bral ( ) et la ventilation minute expir e ( q. 23.1 ) varie en fonction du niveau de PaCO2. Une augmentation aigu de la PaCO2 entra ne une acidose respiratoire (pH < 7,35), tandis qu'une diminution aigu de la PaCO2 entra ne une alcalose respiratoire (pH > 7,45). L'hypercapnie est d finie comme une l vation de la PaCO2 et survient lorsque la production de CO2 d passe la ventilation alv olaire (hypoventilation). l inverse, l hyperventilation se produit lorsque la ventilation alv olaire d passe la production de CO2 et diminue la PaCO2 (hypocapnie). Fig. 23.1 Pression partielle alv olaire de dioxyde de carbone (PCO2 ; axe y) en fonction de la ventilation alv olaire par minute (VA ; axe x) Fig. 23.2 R partition r gionale du volume pulmonaire, y compris dans le poumon. Chaque ligne correspond un taux m tabolique donn . Taille alv olaire (cercles) et localisation sur la pression-volume li e une production constante de ligne isom tabolique CO2 CO2). Courbe du poumon diff rents volumes pulmonaires. tant donn que les poumons sont suspendus en position verticale, la pression pleurale (Ppl) et la pression transpulmonaire (PL) des unit s pulmonaires au sommet sont sup rieures celles de la base. Ces unit s pulmonaires sont plus grandes, quel que soit le volume pulmonaire, que celles de la base. L'effet est plus important au niveau du volume r siduel (VR), moins au niveau de la capacit r siduelle fonctionnelle (FRC) et absent au niveau de la capacit pulmonaire totale (CCM). Notez galement qu'en raison de leur emplacement sur la courbe pression-volume, l'air inspir est distribu diff remment ces unit s pulmonaires ; ceux au sommet sont moins con |
Physiologie de Ganong et Levy | formes et re oivent un plus petit Normalement, la ventilation alv olaire est contr l e pour maintenir une PCO2 alv olaire d'environ 40 mm Hg. Ainsi au repos, lorsque la VCO2 est d'environ 250 mL/minute, une ventilation alv olaire de 5 L/minute entra ne un gonflement alv olaire. PCO2 de 40 mm Hg. Une diminution de 50 % de la ventilation au repos (c'est- -dire de 5 2,5 L/minute) entra ne un doublement de la PCO2 alv olaire. Pendant l'exercice, La production de CO2 est augment e (V CO2 = 750 mL/min), et pour maintenir une PCO2 alv olaire normale, la ventilation doit augmenter (dans ce cas, jusqu' 15 L/minute). Mais l encore, une r duction de 50 % de la ventilation (de 15 7,5 L/minute) entra ne un doublement de la PCO2 alv olaire. proportion de l'air inspir que les unit s pulmonaires la base, qui sont plus souples (c'est- -dire sont repr sent es une partie plus raide de la R partition de la ventilation La ventilation n'est pas r partie uniform ment dans les poumons, en grande partie cause des effets de la gravit . En position verticale, dans la plupart des volumes pulmonaires, les alv oles proches de l'apex du poumon sont plus largies que les alv oles la base. La gravit tire le poumon vers le bas et l loigne de la paroi thoracique. En cons quence, la pression pleurale est plus faible (c'est- -dire plus n gative) l'apex qu' la base du poumon, et la pression transpulmonaire statique (PL = PA Ppl) est augment e ; cela se traduit par une augmentation du volume alv olaire au sommet. En raison de la diff rence de volume alv olaire l apex et la base du poumon (Fig. 23.2), les alv oles de la base pulmonaire sont repr sent es le long de la partie abrupte de la courbe pression-volume et elles re oivent une plus grande part de la ventilation (c'est- -dire qu'elles ont une plus grande conformation). En revanche, les alv oles au sommet sont repr sent es plus pr s de la partie sup rieure ou plate de la courbe pression-volume. Ils ont une observance plus faible et re oivent donc proportionnellement moins de volume courant. L'effet de la gravit est moins prononc lorsqu'une personne est en d cubitus dorsal plut t qu'en position verticale, et la courbe pression-volume est moindre). Les unit s alv olaires constantes de temps longues se remplissent et se vident lentement. Ainsi, une unit alv olaire pr sentant une r sistance accrue des voies respiratoires ou une observance accrue prend plus de temps se remplir et se vider. Chez l'adulte, la fr quence respiratoire normale est d'environ 12 respirations par minute, le temps inspiratoire est d'environ 2 secondes et le temps expiratoire est d'environ 3 secondes. Dans les poumons normaux, ce temps est suffisant pour se rapprocher de l quilibre volumique ( 23.3 ). Toutefois, en pr sence d une r sistance accrue ou d une compliance accrue, l quilibre volumique n est pas atteint. En cons quence, les adultes atteints de BPCO ont une constante de temps tr s longue lorsqu'une personne est en d cubitus dorsal plut t que couch e. En effet, le diaphragme est pouss dans la direction c phalique lorsqu'une personne est en d cubitus dorsal, ce qui affecte la taille de toutes les alv oles. Outre les effets gravitationnels sur la r partition de la ventilation, la ventilation dans les alv oles n'est pas uniforme. La raison en est la r sistance variable des voies respiratoires (R) ou la conformit (C), et elle est d crite quantitativement par la constante de temps ( ) : quation 23.17 d'une augmentation de la r sistance et, dans le cas des individus souffrant d'emphys me, d'une augmentation de l'observance. En cons quence, ces adultes affect s ont tendance respirer un rythme respiratoire faible. Imaginez maintenant ce qui se passe lorsque des personnes atteintes de MPOC montent un escalier. L'augmentation de la fr quence respiratoire ne laisse pas suffisamment de temps pour une expiration compl te et un processus appel hyperinflation dynamique se produit ( Figure 23.4 ); les volumes pulmonaires, d j augment s, augmentent encore, le poumon devient moins souple et le travail respiratoire est tr s lev . CHAPITRE 23 Ventilation, perfusion et relations ventilation/perfusion =0,28 =0,56 C=0,4 Diminution de l'observance C=0,8 Augmentation de la r sistance R=0,7 R=1,4 R=0,7 =1,12 Fig. 23.4 Hyperinflation dynamique. Le temps total de respiration (Ttot) est compos du temps d'inspiration (Ti) et du temps d'expiration (Te). Lorsque la fr quence respiratoire augmente (par exemple pendant l exercice), Ttot diminue. Chez les personnes atteintes de maladie pulmonaire obstructive chronique C = 0,8 Normal (BPCO), l'effet de l'augmentation de Ttot sur Te peut ne pas permettre une vidange compl te des alv oles avec une constante de temps longue, et chaque respiration successive, il y a une augmentation du volume pulmonaire (pi geage d'air) . Cette augmentation du volume pulmonaire aboutit finalement un tel degr d'hyperinflation que la personne affect e n'es |
Physiologie de Ganong et Levy | t plus en mesure d'effectuer le travail n cessaire pour surmonter la diminution de la souplesse du poumon ce volume pulmonaire lev . Chez ces personnes, c est une cause majeure d essoufflement li l activit . FRC, capacit r siduelle fonctionnelle. Fig. 23.3 Exemples de r gulation locale de la ventilation suite une variation de la r sistance (R) ou de la conformit (C) d'unit s pulmonaires individuelles. En haut, les valeurs individuelles de r sistance et de conformit de trois unit s pulmonaires diff rentes sont illustr es. En bas, le graphique illustre le volume de ces trois unit s pulmonaires en fonction du temps. Dans le sch ma sup rieur, le poumon normal a une constante de temps ( ) de 0,56 seconde. Cette unit pulmonaire atteint 97 % de son quilibre volumique final en 2 secondes, ce qui correspond au temps inspiratoire normal. L unit pulmonaire de droite a une r sistance multipli e par deux ; sa constante de temps est donc doubl e. Cette unit pulmonaire se remplit plus lentement et n'atteint qu'un quilibre volumique de 80 % pendant un temps inspiratoire normal (voir graphique) ; cette unit pulmonaire est donc sous-ventil e. L unit pulmonaire de gauche a une conformation r duite (elle est raide ), ce qui a pour effet de r duire sa constante de temps. Cette unit pulmonaire se remplit rapidement, atteignant son volume maximum en 1 seconde, mais ne re oit que la moiti de la ventilation d'une unit pulmonaire normale. Le flux sanguin dans la circulation pulmonaire est pulsatile et influenc par la r sistance vasculaire pulmonaire (PVR), la gravit , la pression alv olaire et le gradient de pression art rielle-veineuse. Le PVR est calcul comme la variation de pression de l'art re pulmonaire (PPA) vers l'oreillette gauche (PLA), divis e par le d bit (QT), qui correspond au d bit cardiaque : quation 23.18 Dans des circonstances normales, quation 23.19 Cette r sistance est environ 10 fois inf rieure celle de la circulation syst mique. La circulation pulmonaire pr sente deux caract ristiques uniques qui permettent une augmentation du flux sanguin la demande sans augmentation de la pression : (1) Avec une demande accrue, comme pendant l'effort ou l'exercice, les vaisseaux pulmonaires normalement ferm s sont recrut s ; et (2) les vaisseaux sanguins de la circulation pulmonaire sont hautement distensibles et leur diam tre augmente avec seulement une augmentation minime de la pression art rielle pulmonaire. 23.5). la fin de l'inspiration, les alv oles remplies d'air compriment les capillaires alv olaires et augmentent le PVR. Contrairement aux lits capillaires de la circulation syst mique, les lits capillaires des poumons repr sentent environ 40 % de la RVP. Les diam tres des plus gros vaisseaux extra-alv olaires augmentent la fin de l'inspiration en raison de la traction radiale et du recul lastique, et leur PVR est plus faible lorsque le volume pulmonaire est plus lev . Lors de l'expiration, les alv oles d gonfl es appliquent le moins de r sistance aux capillaires alv olaires et leur PVR est diminu e, tandis que la pression pleurale plus lev e pendant l'expiration augmente la PVR des vaisseaux extra-alv olaires. En raison de ces effets oppos s du volume pulmonaire sur la RVP, la RVP totale dans les poumons est la plus faible au FRC. Fig. 23.5 Repr sentation sch matique des effets des modifications de la capacit vitale sur la r sistance vasculaire pulmonaire totale et des contributions au total apport es par les vaisseaux alv olaires et extra-alv olaires. Lors du gonflage du volume r siduel (VR) la capacit pulmonaire totale (CCM), la r sistance au flux sanguin travers les vaisseaux alv olaires augmente, tandis que la r sistance travers les vaisseaux extra-alv olaires diminue. Ainsi, les modifications de la r sistance vasculaire pulmonaire totale sont trac es sous la forme d'une courbe en forme de U pendant l'inflation pulmonaire, avec le nadir la capacit r siduelle fonctionnelle (FRC). Distribution du flux sanguin pulmonaire La circulation pulmonaire tant un syst me basse pression et faible r sistance, elle est influenc e par la gravit de mani re beaucoup plus spectaculaire que la circulation syst mique. Cet effet gravitationnel contribue une r partition in gale du flux sanguin dans les poumons. Chez les personnes normales debout et au repos, le volume du flux sanguin augmente depuis l'apex du poumon jusqu' la base du poumon, l o il est le plus lev . De m me, chez un individu en d cubitus dorsal, le flux sanguin est moindre dans les r gions sup rieures (ant rieures) et plus important dans les r gions inf rieures (post rieures). Dans des conditions de stress, telles que l exercice, la diff rence de flux sanguin entre l apex et la base du poumon chez les personnes debout diminue, principalement en raison de l augmentation de la pression art rielle. En quittant l art re pulmonaire, le sang doit voyager contre la gravit jusqu au sommet du poumon ch |
Physiologie de Ganong et Levy | ez les personnes debout. Pour chaque augmentation de 1 cm de l'emplacement d'un segment de l'art re pulmonaire au-dessus du c ur, il y a une diminution correspondante de la pression hydrostatique gale 0,74 mm Hg. Ainsi, la pression dans un segment de l'art re pulmonaire situ 10 cm au-dessus du c ur est inf rieure de 7,4 mm Hg la pression dans un segment au niveau du c ur. l inverse, un segment d art re pulmonaire situ 5 cm sous le c ur pr sente une augmentation de 3,7 mm Hg de la pression art rielle pulmonaire. Cet effet de la gravit sur le flux sanguin affecte galement les art res et les veines et entra ne de larges variations de pression art rielle et veineuse depuis l'apex jusqu'au sommet. PA, pression alv olaire pulmonaire ; Pa, pression art rielle pulmonaire ; Pv, pression veineuse pulmonaire. (De West JB, et al. J Appl Physiol. 1964;19:713.) la base du poumon. Ces variations influencent la fois le d bit et les relations ventilation/perfusion. En plus des gradients de pression art rielle pulmonaire (Pa) et de pression veineuse pulmonaire (Pv), les diff rences de pression alv olaire pulmonaire (PA) influencent galement le flux sanguin dans les poumons. Classiquement, on pensait que le poumon tait divis en trois zones fonctionnelles ( 23.6 ). La zone 1 repr sente l apex du poumon, o Pa est si faible qu il peut tre d pass par PA. Le les capillaires s'effondrent en raison de l'AP externe plus importante et le flux sanguin cesse. Dans des conditions normales, cette zone n'existe pas ; cependant, cet tat pourrait tre atteint pendant une ventilation m canique pression positive ou si Pa diminue suffisamment (comme cela pourrait se produire avec une diminution marqu e du volume sanguin). Dans la zone 2, ou le tiers sup rieur du poumon, Pa est sup rieur PA, qui est son tour sup rieur Pv. Parce que PA est sup rieur Pv, plus le PA externe effondre partiellement les capillaires et provoque un effet de barrage . Ce ph nom ne est souvent appel effet cascade. Dans la zone 3, Pa est sup rieur Pv, qui est sup rieur PA, et le sang circule dans cette zone en fonction des gradients de pression. Ainsi, le flux sanguin pulmonaire est plus important la base du poumon car la pression transmurale accrue distend les vaisseaux et diminue la r sistance. R gulation active du flux sanguin Le flux sanguin dans les poumons est r gul principalement par les m canismes passifs d crits pr c demment. Il existe cependant plusieurs m canismes actifs qui r gulent le flux sanguin. Bien que le muscle lisse autour des vaisseaux pulmonaires soit beaucoup plus fin que celui autour des vaisseaux syst miques, il suffit affecter le calibre des vaisseaux et donc la RVP. Les niveaux d'oxyg ne ont un effet majeur sur la circulation sanguine. Une vasoconstriction hypoxique se produit dans les art rioles en r ponse une diminution de la PAO2. La r ponse est locale et le r sultat est le d placement du flux sanguin de CHAPITRE 23 Relations ventilation, perfusion et ventilation/perfusion AU NIVEAU CELLULAIRE ENCADR 23.1 Facteurs et hormones r gulant le flux sanguin pulmonaire des zones hypoxiques vers les zones bien perfus es dans le but d'am liorer les changes gazeux. L'hypoxie locale isol e ne modifie pas la PVR ; environ 20 % des vaisseaux doivent tre hypoxiques avant qu'un changement du PVR puisse tre mesur . Les faibles niveaux d O2 inspir s dus la haute altitude ont un effet plus important sur le PVR car tous les navires sont affect s. Des niveaux lev s d O2 inspir peuvent dilater les vaisseaux pulmonaires et diminuer la RVP. Autres facteurs et certaines hormones ( Encadr 23.1) peuvent galement influencer le calibre des vaisseaux, mais leurs effets sont g n ralement locaux, brefs et importants uniquement dans des conditions pathologiques. Les capillaires pulmonaires manquent de muscle lisse et ne sont donc pas affect s par ces m canismes. Chez certains individus, la suite d'une hypoxie chronique ou d'une maladie vasculaire du collag ne, ou sans raison apparente, la r sistance vasculaire de l'art re pulmonaire et par la suite la pression de l'art re pulmonaire augmentent (hypertension art rielle pulmonaire). La ventilation (V ) et la perfusion pulmonaire (Q ) sont des composants essentiels des changes gazeux normaux, mais une relation normale entre les deux composants est insuffisante pour assurer un change gazeux normal. Le rapport ventilation/perfusion ( galement appel rapport V /Q ) est d fini comme le rapport entre la ventilation et le d bit sanguin. Ce rapport peut tre d fini pour une seule alv ole, pour un groupe d'alv oles ou pour l'ensemble du poumon. Au niveau d'une seule alv ole, le rapport est d fini comme la ventilation alv olaire par minute (V A) divis e par le d bit capillaire (Q c). Au niveau pulmonaire, le rapport est d fini comme la ventilation alv olaire totale divis e par le d bit cardiaque. Dans les poumons normaux, la ventilation alv olaire est d environ 4, |
Physiologie de Ganong et Levy | 0 L/min, alors que le d bit sanguin pulmonaire est d environ 5,0 L/min. Ainsi L'endoth line-1 est un peptide d'acide amin produit par l'endoth lium vasculaire. L'endoth line r gule le tonus des art res pulmonaires et une expression accrue de l'endoth line-1 a t observ e chez les personnes souffrant d'hypertension art rielle pulmonaire. L'endoth line-1 diminue galement l'expression endoth liale de l'oxyde nitrique synthase, ce qui r duit les niveaux d'oxyde nitrique, un vasodilatateur endoth lial. Des antagonistes de l'endoth line-1 (par exemple le bosentan et le sitaxentan) ont t produits et constituent des m dicaments importants dans le traitement de l'hypertension art rielle pulmonaire. dans un poumon normal, le rapport ventilation/perfusion global est d'environ 0,8, mais la plage des rapports V /Q varie consid rablement selon les diff rentes unit s pulmonaires. Lorsque la ventilation d passe la perfusion, le rapport ventilation/perfusion est sup rieur 1 (V /Q > 1), et lorsque la perfusion d passe la ventilation, le rapport ventilation/perfusion est inf rieur 1 (V /Q < 1). Une inad quation du flux sanguin pulmonaire et de la ventilation entra ne une alt ration du transfert d O2 et de CO2. Chez les personnes atteintes d'une maladie cardio-pulmonaire, l'inad quation du d bit sanguin pulmonaire et de la ventilation alv olaire est la cause la plus fr quente d'hypox mie art rielle syst mique (PaO2 r duite). En g n ral, les rapports V /Q sup rieurs 1 ne sont pas associ s une hypox mie. Un rapport ventilation/perfusion normal ne signifie pas que la ventilation et la perfusion de cette unit pulmonaire sont normales ; cela signifie simplement que la relation entre ventilation et perfusion est normale. Par exemple, dans la pneumonie lobaire, la ventilation du lobe affect est diminu e. Si la perfusion dans cette zone reste inchang e, la perfusion d passerait la ventilation ; c'est- -dire que le rapport ventilation/perfusion serait inf rieur 1 (V /Q < 1). Cependant, la diminution de la ventilation de cette zone produit une vasoconstriction hypoxique du lit art riel pulmonaire irriguant ce lobe. Il en r sulte une diminution de la perfusion dans la zone touch e et un rapport ventilation/perfusion plus normal . N anmoins, ni la ventilation ni la perfusion dans cette zone ne sont normales (les deux sont diminu es), mais la relation entre les deux pourrait se rapprocher de la normale. Le rapport ventilation/perfusion varie selon les diff rentes zones du poumon. Chez un individu debout, bien que la ventilation et la perfusion augmentent de l'apex la base du poumon, l'augmentation de la ventilation est inf rieure l'augmentation du flux sanguin. En cons quence, le rapport V /Q normal l apex du poumon est bien sup rieur 1 (la ventilation d passe la perfusion), alors que le rapport V /Q la base du poumon est bien inf rieur 1 (la perfusion d passe la ventilation). La relation entre la ventilation et la perfusion, de l'apex la base du poumon, est repr sent e dans Fig. 23.7 Fig. 23.7 Relations ventilation/perfusion dans un poumon normal en position verticale. Seules les valeurs apicales et basales sont indiqu es pour plus de clart . Dans chaque colonne, le nombre en haut repr sente les valeurs au sommet du poumon et le nombre en bas repr sente les valeurs la base. PCO2, pression partielle de dioxyde de carbone; PN2, pression partielle d'azote ; PO2, pression partielle d'oxyg ne ; Q , perfusion par minute ; VA, ventilation alv olaire par minute. PACO2 et PaCO2 sont gaux en raison des propri t s de solubilit du CO2 (voir ). Il n en va pas de m me pour l O2 alv olaire et art riel. M me chez les individus ayant des poumons normaux, la PAO2 est l g rement sup rieure la PaO2. La diff rence entre PAO2 et PaO2 est appel e diff rence alv olaire-art rielle pour l'oxyg ne (AaDO2). Une augmentation de l AaDO2 est la marque d un change anormal d O2. Cette petite diff rence chez les individus en bonne sant n est pas caus e par un change gazeux imparfait , mais par le petit nombre de veines qui contournent le poumon et se d versent directement dans la circulation art rielle. Les vaisseaux th b siens du myocarde ventriculaire gauche se drainent directement dans le ventricule gauche (plut t que dans le sinus coronaire de l'oreillette droite), et certaines veines bronchiques et m diastinales se jettent dans les veines pulmonaires. Il en r sulte un m lange veineux et une diminution de la PaO2. (Ceci est un exemple de shunt anatomique ; voir la section . ) Environ 2 % 3 % du d bit cardiaque est ainsi shunt . Pour mesurer l'efficacit clinique des changes gazeux dans les poumons, la PaO2 et la PaCO2 sont mesur es. La PAO2 est calcul e partir de l quation de l air alv olaire ( q. 23.13 ). La diff rence entre la PAO2 calcul e et la PaO2 mesur e est l'AaDO2. Chez les personnes aux poumons normaux qui respirent l air ambiant, l AaDO2 est inf rieure 15 mm Hg. La valeur moyenne au |
Physiologie de Ganong et Levy | gmente d'environ 3 mm Hg par d cennie apr s 30 ans. Par cons quent, un AaDO2 inf rieur 25 mm Hg est consid r comme la limite sup rieure de la normale. Supposons qu une personne atteinte de pneumonie re oive 30 % d O2 suppl mentaire par masque facial. Le pH des gaz du sang art riel est de 7,40, la PaCO2 est de 44 mm Hg et la PaO2 est de 70 mm Hg. Quelle est l AaDO2 du patient ? (Supposons que le patient se trouve au niveau de la mer et que son quotient respiratoire est de 0,8.) D'apr s l' quation de l'air alv olaire ( q. 23.13 R 44PAO2 = [0 3. (760 47)] 0 8. = 159 mm Hg Donc, Cet AaDO2 lev sugg re que le patient souffre d une maladie pulmonaire (dans ce cas, une pneumonie). Des anomalies de PaO2 peuvent survenir avec ou sans l vation de AaDO2. Par cons quent, la relation entre PaO2 et AaDO2 est utile pour d terminer la cause d une PaO2 anormale et pour pr dire la r ponse au traitement (en particulier l administration d un suppl ment d O2). Les causes d'une r duction de la PaO2 (hypox mie art rielle) et leur effet sur l'AaDO2 sont r pertori s dans Tableau 23.2 . Chacune de ces causes est abord e plus en d tail dans les sections suivantes. Hypox mie, hypoxie et hypercapnie du sang art riel L'hypox mie art rielle est d finie comme une PaO2 inf rieure 80 mm Hg chez un adulte qui respire de l'air ambiant au niveau de la mer. L'hypoxie est d finie comme un manque d'O2 pour assurer les fonctions m taboliques normales ; l'hypoxie survient souvent lorsque la PaO2 est inf rieure 60 mm Hg. Il existe quatre grandes cat gories d'hypoxie. La premi re, l hypoxie hypoxique, est la plus courante. Les six principales affections pulmonaires associ es l'hypoxie hypoxique shunt anatomique, shunt physiologique, diminution de la FiO2, inad quation V /Q , anomalies de diffusion et hypoventilation sont d crites dans les sections suivantes et dans Tableau 23.2 . Une deuxi me cat gorie est l'hypoxie an mique, qui est caus e par une diminution de la quantit d'h moglobine fonctionnelle en raison d'un taux d'h moglobine insuffisant, d'une h moglobine anormale ou d'une interf rence avec la combinaison chimique de l'oxyg ne et de l'h moglobine (par exemple, empoisonnement au monoxyde de carbone ; voir ce qui suit). " Dans la case Clinique ). La troisi me cat gorie est l'hypoxie d'hypoperfusion, qui r sulte d'une faible CHAPITRE 23 Ventilation, Perfusion et Relations Ventilation/Perfusion AaDO2, diff rence alv olo-art rielle pour l'oxyg ne ; FiO2, fraction d'oxyg ne inspir e ; PaO2, pression partielle d'oxyg ne art riel. flux sanguin (par exemple, diminution du d bit cardiaque) et r duction de l'apport d'oxyg ne aux tissus. L'hypoxie histotoxique, la quatri me cat gorie d'hypoxie, se produit lorsque la machinerie cellulaire qui utilise l'oxyg ne pour produire de l' nergie est empoisonn e, comme dans le cas d'un empoisonnement au cyanure. Dans cette situation, la PO2 art rielle et veineuse est normale ou augment e car l oxyg ne n est pas utilis . Le monoxyde de carbone peut tre g n r par un chauffage d'appoint d fectueux, par les gaz d' chappement d'une voiture ou par un b timent en feu. Les personnes expos es au monoxyde de carbone ressentent des maux de t te, des naus es et des tourdissements, et si cela n'est pas reconnu, ces personnes peuvent mourir. Ils ont souvent un aspect rouge cerise et la saturation en oxyg ne mesur e avec un oxym tre est lev e (approchant les 100 %). M me sur une gazom trie du sang art riel, la PAO2 peut tre normale. N anmoins, les tissus sont appauvris en O2. Il est donc imp ratif que le clinicien reconnaisse un cas potentiel d'intoxication au monoxyde de carbone et ordonne une mesure de la saturation en oxyg ne l'aide d'un oxym tre de monoxyde de carbone. Si un patient est intoxiqu au monoxyde de carbone, il y aura une diff rence marqu e entre la mesure de la saturation en oxyg ne par oxym trie et celle mesur e avec un oxym tre de monoxyde de carbone. Un moyen utile d examiner la relation entre la ventilation et la perfusion consiste utiliser le mod le d unit deux poumons (Fig. 23.8 ). Deux alv oles sont ventil es, chacune tant aliment e par le sang du c ur. Lorsque la ventilation est uniforme, la moiti du gaz inspir va chaque alv ole, et lorsque la perfusion est uniforme, la moiti du d bit cardiaque va chaque alv ole. Dans cette unit normale, le rapport ventilation/perfusion dans chacune des alv oles est le m me et est gal 1. Les alv oles sont perfus es par du sang veineux mixte d soxyg n et contenant une PaCO2 accrue. La PAO2 est sup rieure l O2 veineux mixte, ce qui fournit un gradient pour le mouvement de l O2 dans le sang. En revanche, le CO2 veineux mixte est sup rieur la PACO2, ce qui fournit un gradient pour le mouvement. Fig. 23.8 Mod le pulmonaire simplifi de deux unit s pulmonaires parall les normales. Les deux unit s re oivent des volumes d air et de sang gaux pour leur taille. Les pressions partielles du sang et des gaz alv ol |
Physiologie de Ganong et Levy | aires sont des valeurs normales chez une personne au repos au niveau de la mer. PACO2, pression partielle de dioxyde de carbone alv olaire ; PAO2, pression partielle d'oxyg ne alv olaire ; PiCO2, pression partielle du dioxyde de carbone inspir ; PiO2, pression partielle de l'oxyg ne inspir ; PpvCO2, pression partielle de dioxyde de carbone dans le sang veineux porte ; PpvO2, pression partielle d'oxyg ne dans le sang veineux porte ; PvCO2, pression partielle de dioxyde de carbone dans le sang veineux mixte ; PvO2, pression partielle d'oxyg ne dans le sang veineux mixte. de CO2 dans les alv oles. Notez que dans ce mod le id al, les valeurs d O2 alv olaire-art rielle ne diff rent pas. Un shunt anatomique se produit lorsque le sang veineux m lang contourne l'unit d' change gazeux et passe directement dans la circulation art rielle ( Figure 23.9 ). La ventilation alv olaire, la r partition du gaz alv olaire et la composition du gaz alv olaire sont normales, mais la r partition du d bit cardiaque est modifi e. Une partie du d bit cardiaque traverse le lit capillaire pulmonaire qui alimente les unit s d' change gazeux, mais le reste contourne les unit s d' change gazeux et va directement dans la circulation art rielle. Le sang qui contourne l'unit d' change gazeux est ainsi d riv , et comme le sang est d soxyg n , ce type de contournement est appel shunt de droite gauche. La plupart des shunts anatomiques se d veloppent dans le c ur et se d veloppent lorsque le sang d soxyg n de l'oreillette ou du ventricule droit traverse le septum et se m lange au sang de l'oreillette ou du ventricule gauche. L'effet de ce shunt de droite gauche est de m langer le sang d soxyg n avec le sang oxyg n , ce qui entra ne divers degr s d'hypox mie art rielle. Fig. 23.9 Shunt de droite gauche. La ventilation alv olaire est normale, mais une partie du d bit cardiaque contourne les poumons et se m lange au sang oxyg n . La PaO2 varie en fonction de la taille du shunt. PACO2, pression partielle de dioxyde de carbone alv olaire ; PAO2, pression partielle d'oxyg ne alv olaire ; PiCO2, pression partielle du dioxyde de carbone inspir ; PiO2, pression partielle de l'oxyg ne inspir ; PpvCO2, pression partielle de dioxyde de carbone dans le sang veineux porte ; PpvO2, pression partielle d'oxyg ne dans le sang veineux porte ; PvCO2, pression partielle de dioxyde de carbone dans le sang veineux mixte ; PvO2, pression partielle d'oxyg ne dans le sang veineux mixte. Une caract ristique importante d un shunt anatomique est que si une personne affect e re oit 100 % d O2 pour respirer, la r ponse est s v rement mouss e. Le sang qui contourne les unit s d change de gaz n est jamais expos l O2 enrichi et continue donc tre d soxyg n . La PO2 dans le sang qui n est pas d riv augmente et se m lange au sang d soxyg n . Ainsi, le degr d'hypox mie persistante en r ponse 100 % d'O2 varie en fonction du volume de sang d riv . Normalement, l h moglobine du sang qui perfuse les alv oles ventil es est presque enti rement satur e. Par cons quent, la majeure partie de l O2 ajout est sous forme d O2 dissous (voir La PaCO2 dans un shunt anatomique n augmente g n ralement pas m me si le sang shunt pr sente un niveau lev de CO2. La raison en est que les chimior cepteurs centraux (voir ) r agissent toute l vation du CO2 par une augmentation de la ventilation et r duisent la PaCO2 la plage normale. Si l'hypox mie est s v re, l'augmentation de la pulsion respiratoire secondaire l'hypox mie augmente la ventilation et peut diminuer la PaCO2 en dessous de la plage normale. Un shunt physiologique ( galement appel m lange veineux) peut se d velopper lorsque la ventilation des unit s pulmonaires est absente en pr sence d'une perfusion continue ( 23.10 ). Dans cette situation, dans le mod le deux unit s pulmonaires, toute la ventilation est dirig e vers l autre unit pulmonaire, alors que la perfusion est r partie galement entre les deux unit s pulmonaires. L'unit pulmonaire sans ventilation mais avec perfusion a un rapport V /Q de 0. Le sang perfusant cette unit est du sang veineux mixte ; parce que Fig. 23.10 Sch ma d'un shunt physiologique (m lange veineux). Notez la diminution marqu e de la PaO2 par rapport la PCO2. La diff rence alv olaire-art rielle pour l'oxyg ne (AaDO2) dans cet exemple est de 85 mm Hg. PACO2, pression partielle de dioxyde de carbone alv olaire ; PAO2, pression partielle d'oxyg ne alv olaire ; PiCO2, pression partielle du dioxyde de carbone inspir ; PiO2, pression partielle de l'oxyg ne inspir ; PpvCO2, pression partielle de dioxyde de carbone dans le sang veineux porte ; PpvO2, pression partielle d'oxyg ne dans le sang veineux porte ; PvCO2, pression partielle de dioxyde de carbone dans le sang veineux mixte ; PvO2, pression partielle d'oxyg ne dans le sang veineux mixte. il n'y a pas de ventilation, aucun change gazeux n'est effectu dans l'unit et le sang qui sort de cette unit continue d |
Physiologie de Ganong et Levy | e ressembler du sang veineux m lang . L'effet d'un shunt physiologique sur l'oxyg nation est similaire l'effet d'un shunt anatomique ; c'est- -dire que le sang d soxyg n contourne une unit d' change de gaz et se m lange au sang art riel. Cliniquement, l'at lectasie (qui est une obstruction la ventilation d'une unit d' change de gaz avec perte de volume ult rieure) est un exemple de situation dans laquelle la r gion pulmonaire a un V /Q de 0. Les causes de l'at lectasie comprennent les bouchons muqueux, les voies respiratoires d me, corps trangers et tumeurs des voies respiratoires. L'inad quation entre ventilation et perfusion est la cause la plus fr quente d'hypox mie art rielle chez les personnes souffrant de troubles respiratoires. Dans l exemple le plus courant, la composition du sang veineux mixte, le d bit sanguin total (d bit cardiaque) et la r partition du flux sanguin sont normaux. Cependant, lorsque la ventilation alv olaire est in galement r partie entre les deux changeurs de gaz ( Fig. 23.11 ) et que le flux sanguin est galement r parti, l'unit avec ventilation r duite a un rapport V /Q inf rieur 1, tandis que l'unit avec ventilation augment e a un rapport V /Q sup rieur 1. Cela provoque les compositions de gaz alv olaires et capillaires varient. La teneur art rielle en O2 et la teneur en CO2 sont anormales dans le sang provenant de l'unit avec une ventilation r duite (V /Q , <1). L'unit avec une ventilation accrue (V /Q , >1) a une teneur en CO2 plus faible et une teneur en O2 plus lev e car elle est surventil e. Les PaO2 et PaCO2 r elles varient en fonction de la contribution relative de chacune de ces unit s au sang art riel. Le gradient alv olaire-art riel d'O2 (AaDO2) est augment car la surventilation relative d'une unit ne PlO2 = 150 PlCO2 = 0 PAO2 = 77 PACO2 = 45 PCO2= 45PO2= 77 PAO2 = 105 PACO2 = 36 PpvO2 = 89 PpvCO2 = 40,5 Veine pulmonaire Art re pulmonaire PvO2 = 40 PvCO2 = 46 Espace mort anatomique Fig. 23.11 Effets de l'inad quation ventilation/perfusion sur les changes gazeux. La diminution de la ventilation d'une unit pulmonaire pourrait tre due une obstruction par du mucus, un d me des voies respiratoires, un bronchospasme, un corps tranger ou une tumeur. PACO2, pression partielle de dioxyde de carbone alv olaire ; PAO2, pression partielle d'oxyg ne alv olaire ; PiCO2, pression partielle du dioxyde de carbone inspir ; PiO2, pression partielle de l'oxyg ne inspir ; PpvCO2, pression partielle de dioxyde de carbone dans le sang veineux porte ; PpvO2, pression partielle d'oxyg ne dans le sang veineux porte ; PvCO2, pression partielle de dioxyde de carbone dans le sang veineux mixte ; PvO2, pression partielle d'oxyg ne dans le sang veineux mixte. compenser (soit par l'ajout d'O2 suppl mentaire, soit par la suppression de CO2 suppl mentaire) la sous-ventilation de l'autre unit . L' chec de la compensation est plus important pour l'O2 que pour le CO2, comme l'indique la plan it de la partie sup rieure de la courbe de dissociation de l'oxyh moglobine, contrairement la pente de la courbe de dissociation du CO2 (voir Chapitre 24). En d autres termes, une ventilation accrue augmente la PAO2, mais elle ajoute peu de contenu suppl mentaire en O2 au sang car l h moglobine est proche d tre satur e 100 % dans les zones surventil es. Ce n'est pas le cas du CO2, pour lequel la pente plus forte de la courbe du CO2 indique une limination de plus de CO2 lorsque la ventilation augmente. Ainsi, dans la mesure o le CO2 se d place par diffusion, tant qu'un gradient de CO2 est maintenu, une diffusion de CO2 se produira. La PAO2 est d termin e par un quilibre entre le taux d absorption d O2 et le taux de reconstitution d O2 par ventilation. La consommation d'oxyg ne d pend du flux sanguin dans les poumons et des demandes m taboliques des tissus. Si la ventilation diminue, la PAO2 diminue et la PaO2 diminue ensuite. De plus, VA et PACO2 sont directement mais inversement li s. Lorsque la ventilation est r duite de moiti , la PACO2 double et donc la PaCO2 aussi (voir q. 23.16 ). Une ventilation insuffisante pour maintenir des niveaux normaux de CO2 est appel e hypoventilation. L'hypoventilation diminue toujours la PaO2 et augmente la PaCO2. L une des caract ristiques de l hypoventilation est un AaDO2 normal. L'hypoventilation r duit la PAO2, ce qui entra ne une diminution de la PaO2. Les changes gazeux tant normaux, l AaDO2 reste normal. L'hypoventilation accompagne les maladies associ es une faiblesse musculaire et est associ e des m dicaments qui r duisent la pulsion respiratoire. Cependant, en pr sence d'hypoventilation, des zones d'at lectasie se d veloppent Ventilation, perfusion et relations ventilation/perfusion rapidement ; l'at lectasie cr e des r gions avec des rapports V /Q de 0, et lorsque cela se produit, l'AaDO2 augmente. Des anomalies de diffusion de l O2 travers la barri re alv olo-capillaire pourraient potentiellement |
Physiologie de Ganong et Levy | entra ner une hypoxie art rielle. L quilibre entre la teneur alv olaire et capillaire en O2 et en CO2 se produit rapidement : en une fraction du temps n cessaire aux globules rouges pour transiter par le r seau capillaire pulmonaire. Par cons quent, l quilibre de diffusion se produit presque toujours chez les personnes normales, m me pendant l exercice, lorsque le temps de transit des globules rouges travers les poumons augmente consid rablement. Une augmentation de l'AaDO2 attribuable une diffusion incompl te (d s quilibre de diffusion) a t observ e chez des personnes normales uniquement lors d'exercices haute altitude ( 10 000 pieds). M me chez les individus ayant une capacit de diffusion anormale, un d s quilibre de diffusion au repos est inhabituel mais peut survenir pendant l'exercice et en altitude. Le bloc capillaire alv olaire, ou paississement de la barri re air-sang, est une cause rare d hypox mie. M me lorsque la paroi alv olaire est paissie, le temps de diffusion des gaz est g n ralement suffisant, moins que le temps de transit des globules rouges ne soit augment . M canismes de l'hypercapnie Deux m canismes majeurs expliquent le d veloppement de l'hypercapnie (PCO2 lev e) : l'hypoventilation et la ventilation gaspill e ou accrue des espaces morts. Comme indiqu pr c demment, la ventilation alv olaire et le CO2 alv olaire sont inversement li s. Lorsque la ventilation est r duite de moiti , PACO2 et PaCO2 doublent. L'hypoventilation diminue toujours la PaO2 et augmente la PaCO2 et entra ne ainsi une hypox mie qui r pond une source enrichie d'O2. La ventilation des espaces morts est gaspill e ou augment e lorsque le flux sanguin pulmonaire est interrompu en pr sence d'une ventilation normale. Ceci est le plus souvent caus par une embolie pulmonaire qui obstrue la circulation sanguine. L'embolie arr te le flux sanguin vers les zones pulmonaires avec une ventilation normale (V /Q = ). Dans cette situation, la ventilation est inutile car elle ne parvient pas oxyg ner le sang veineux m lang . La ventilation des r gions perfus es du poumon est loin d tre id ale (c est- -dire qu il existe une hypoventilation relative dans cette zone car dans cette situation, elle re oit tout le flux sanguin pulmonaire avec une ventilation normale ). Si la compensation ne se produit pas, la PaCO2 augmente et la PaO2 diminue. La compensation apr s une embolie pulmonaire commence cependant presque imm diatement ; une bronchoconstriction locale se produit et la r partition de la ventilation se d place vers les zones perfus es. En cons quence, les modifications de la teneur art rielle en CO2 et en O2 sont minimis es. Effet de 100 % d'oxyg ne sur les anomalies des gaz du sang art riel L'une des fa ons de distinguer un shunt de droite gauche des autres causes d'hypox mie est que l'individu respire 100 % d'O2 travers un masque facial sans r inspiration pendant environ 15 minutes. Lorsque l individu respire 100 % d O2, tout le N2 pr sent dans les alv oles est remplac par de l O2. Ainsi la PAO2, selon l quation de l air alv olaire ( q. 23.13), est calcul comme suit : quation 23.20 PAO2 =[1 0. (Pb PH2O)] PaCO2 0 8. =[1 0 (760 4 . 47)] 40 08 Dans un poumon normal, la PAO2 augmente rapidement et fournit le gradient de transfert d O2 dans le sang capillaire. Ceci est associ une augmentation marqu e de la PaO2 (voir 23.2 ). De m me, au cours de la p riode de 15 minutes de respiration enrichie en O2, m me les zones avec des rapports V /Q tr s faibles d veloppent une pression alv olaire lev e d'O2 lorsque le N2 est remplac par de l'O2. En pr sence d'une perfusion normale dans ces zones, il existe un gradient de gaz change, et le sang terminal capillaire est fortement enrichi en O2. En revanche, en pr sence d'un shunt droit-gauche, l'oxyg nation n'est pas corrig e car le sang veineux mixte continue de circuler dans le shunt et de se m langer au sang ayant perfus les unit s normales. Le sang mal oxyg n du shunt diminue la teneur art rielle en O2 et maintient l AaDO2. Un AaDO2 lev lors d'une tude correctement men e avec 100 % d'O2 signifie la pr sence d'un shunt (anatomique ou physiologique) ; l'ampleur de l'AaDO2 peut tre utilis e pour quantifier la proportion du d bit cardiaque qui est shunt e. Les diff rences r gionales en mati re de ventilation et de perfusion ainsi que la relation entre la ventilation et la perfusion ont t abord es plus t t dans ce chapitre. Les effets de diverses anomalies physiologiques (par exemple, shunt, inad quation V /Q et hypoventilation) sur les taux art riels d'O2 et de CO2 ont galement t d crits. De plus, il convient de noter que, comme le rapport V /Q varie selon les diff rentes r gions du poumon, le sang capillaire terminal provenant de ces r gions a des niveaux d'O2 et de CO2 diff rents. Ces diff rences sont montr es dans Fig. 23.7 , et ils d montrent la complexit du poumon. Rappelons d abord que le volume du poumon au sommet |
Physiologie de Ganong et Levy | est inf rieur au volume la base. Comme d crit pr c demment, la ventilation et la perfusion sont moindres l'apex qu' la base, mais les diff rences de perfusion sont plus grandes que les diff rences de ventilation. Ainsi le rapport V /Q est lev au sommet et faible la base. Cette diff rence de ratios ventilation/perfusion est associ e une diff rence de teneur alv olaire en O2 et en CO2 entre l'apex et la base. La PAO2 est plus lev e et la PACO2 est plus faible au sommet qu la base. Cela entra ne des diff rences dans le contenu des capillaires terminaux pour ces gaz. La PO2 du capillaire terminal est plus faible et, par cons quent, la teneur en O2 est plus faible dans le sang du capillaire terminal la base du poumon qu' l'apex. De plus, il existe une variation significative du pH sanguin dans les capillaires terminaux de ces r gions en raison de la variation de la teneur en CO2. Pendant l'exercice, le flux sanguin vers l'apex augmente et devient plus uniforme dans les poumons ; en cons quence, la diff rence entre la teneur en gaz de l apex et de la base du poumon diminue avec l exercice. 1. Le volume d air pr sent dans les voies respiratoires conductrices est appel espace mort anatomique. La ventilation des espaces morts varie inversement avec le volume courant. Le volume total de gaz dans chaque respiration qui ne participe pas aux changes gazeux est appel espace mort physiologique. Il comprend l'espace mort anatomique et l'espace mort secondaire aux alv oles ventil es mais non perfus es. 2. La somme des pressions partielles d'un gaz est gale la pression totale. La pression partielle d'un gaz (Pgas) est gale la fraction du gaz dans le m lange gazeux (Fgas) multipli e par la pression totale (Ptotal). Les voies respiratoires conductrices ne participent pas aux changes gazeux. Par cons quent, les pressions partielles d O2, de N2 et de vapeur d eau dans l air humidifi restent inchang es dans les voies respiratoires jusqu ce que le gaz atteigne l alv ole. 3. La pression partielle d'O2 dans l'alv ole est donn e par l' quation de l'air alv olaire ( q. 23.13 ). Cette quation est utilis e pour calculer l AaDO2, une mesure utile de l O2 art riel anormal. 4. La relation entre la production de CO2 et la ventilation alv olaire est d finie par le carbone alv olaire q. 23.14 ). Il existe une relation inverse entre la PACO2 et la VA, quelle que soit la quantit de CO2 expir e. Dans les poumons normaux, la PaCO2 est troitement r gul e pour rester constante environ 40 mm Hg. 5. En raison des effets de la gravit , il existe des diff rences r gionales en mati re de ventilation et de perfusion. Le rapport ventilation/perfusion (V /Q ) est d fini comme le rapport ventilation/d bit sanguin. Dans un poumon normal, le rapport ventilation/perfusion global est d environ 0,8. Lorsque la ventilation d passe la perfusion, le rapport ventilation/perfusion est sup rieur 1 (V /Q > 1), et lorsque la perfusion d passe la ventilation, le rapport ventilation/perfusion est inf rieur 1 (V /Q < 1). Le rapport V /Q l'apex du poumon est lev (la ventilation est augment e par rapport un tr s faible d bit sanguin), tandis que le rapport V /Q la base du poumon est faible. Chez les personnes aux poumons normaux qui respirent l air ambiant, l AaDO2 est inf rieure 15 mm Hg ; la limite sup rieure de la normale est de 25 mm Hg. CHAPITRE 23 Ventilation, perfusion et relations ventilation/perfusion 6. La circulation pulmonaire est un syst me basse pression et faible r sistance. Le recrutement de nouveaux capillaires et la dilatation des art rioles sans augmentation de la pression sont des caract ristiques uniques du poumon et permettent des ajustements en cas de stress, comme dans le cas de l'exercice. La r sistance vasculaire pulmonaire est le changement de pression de l'art re pulmonaire (PPA) vers l'oreillette gauche (PLA), divis e par le d bit cardiaque (QT). Cette r sistance est environ 10 fois moindre que dans la circulation syst mique. Leff AR, Schumacker PT. Physiologie respiratoire : bases et applications. Philadelphie : WB Saunders ; 1993. Lum AB. Physiologie respiratoire appliqu e de Nunn. 8e d. Saint-Louis : Elsevier ; 2016. Mead J, Macklem PT, vol. d. Manuel de physiologie de l'American Physiological Society : le syst me respiratoire. Vol. 3. M canique. Bethesda, MD : Soci t am ricaine de physiologie ; 1986. 7. Il existe quatre cat gories d'hypoxie (hypoxie hypoxique, hypoxie an mique, hypoxie de diffusion et hypoxie histotoxique) et six m canismes d'hypoxie hypoxique et d'hypox mie : shunt anatomique, shunt physiologique, diminution de la FiO2, inad quation V /Q , anomalies de diffusion et hypoventilation. . 8. Il existe deux m canismes de d veloppement de l'hypercapnie : l'augmentation de la ventilation des espaces morts et l'hypoventilation. Wasserman K, Beaver WL et Whipp BI. Th orie des changes gazeux et seuil d acidose lactique (ana robie). Circulation. 1990;81( |
Physiologie de Ganong et Levy | 1 suppl ment):1114-1130. Ouest JB. Ventilation/d bit sanguin et change gazeux. 5e d. New York : Blackwell scientifique ; 1991. la fin de ce chapitre, l' tudiant devrait tre capable de r pondre aux questions suivantes : 1. D crire les principes de base de la diffusion des gaz et comment ils affectent l'absorption et l'expiration de l'O2 et du CO2. 2. Comparez et contrastez les m canismes de transport chimique de l'O2 et du CO2 dans le sang. 3. D crire les principes de base et les significations cliniques des courbes de dissociation de l'O2 et du CO2. 4. D crire la synth se chimique des ions H+ et leur r le dans la r gulation de l' quilibre acido-basique. 5. Expliquez pourquoi la diffusion de l'O2 et celle du CO2 sont consid r es comme limit es en perfusion et celle du CO est consid r e comme limit e par la diffusion. 6. Comparez et contrastez les facteurs qui d placent la courbe de dissociation de l'oxyh moglobine. 7. Expliquer la signification clinique des diff rences dans les courbes de dissociation de l'oxyh moglobine et de la carboxyh moglobine. 8. Comparez et contrastez le d placement du chlorure et l'effet Haldane sur le transport du CO2. Les syst mes respiratoire et circulatoire fonctionnent ensemble pour transporter l'oxyg ne (O2) des poumons vers les tissus afin de maintenir une activit cellulaire normale et pour transporter le dioxyde de carbone (CO2) des tissus vers les poumons pour l'expiration. Le CO2, produit du m tabolisme cellulaire actif, est transport des tissus via les veines syst miques jusqu'aux poumons, o il est expir (Fig. 24.1). Pour am liorer l'absorption et le transport de ces gaz entre les poumons et les tissus, des m canismes sp cialis s (par exemple, liaison de l'O2 et de l'h moglobine et HCO3 - transport du CO2) ont volu pour permettre l'absorption de l'O2 et l'expiration du CO2 de se produire simultan ment. De plus, ces m canismes sp cialis s facilitent l absorption d O2 et l expiration du CO2. Pour comprendre les m canismes impliqu s dans le transport de ces gaz, il faut consid rer les propri t s de diffusion des gaz, ainsi que les m canismes de transport et de d livrance. Le mouvement des gaz dans le syst me respiratoire se produit principalement par diffusion. Les syst mes respiratoire et circulatoire contiennent plusieurs caract ristiques anatomiques et physiologiques uniques pour faciliter la diffusion des gaz : (1) de grandes surfaces d' change gazeux (alv olaire capillaire et capillaire membrane tissulaire) avec de courtes distances parcourir, (2) des diff rences substantielles de gradient de pression partielle et (3) des gaz ayant des propri t s de diffusion avantageuses. Le transport et l apport de l O2 des poumons aux tissus et vice versa pour le CO2 d pendent des lois fondamentales de la diffusion des gaz. Diffusion des gaz depuis les r gions de pression partielle sup rieure inf rieure dans les poumons Le processus de diffusion gazeuse est passif et similaire, que la diffusion se produise l tat gazeux ou liquide. Le taux de diffusion d un gaz travers un liquide est d crit par la loi de Graham, qui stipule que le taux est directement proportionnel au coefficient de solubilit du gaz et inversement proportionnel la racine carr e de son poids mol culaire. Le calcul des propri t s de diffusion de l'O2 et du CO2 r v le que le CO2 diffuse environ 20 fois plus vite que l'O2. Les taux de diffusion de l O2 des poumons vers le sang et du sang vers les tissus, et vice versa pour le CO2, sont pr dits par la loi de diffusion gazeuse de Fick ( 24.2). Le rapport AD:T repr sente la conductance d un gaz de l alv ole vers le sang. La capacit de diffusion du poumon (DL) est sa conductance (A D/T) lorsqu'elle est consid r e pour l'ensemble du poumon ; ainsi, avec l quation de Fick, DL peut tre calcul comme suit : quation 24.1 o V gaz = diffusion gazeuse. La loi de diffusion de Fick pourrait tre utilis e pour valuer les propri t s de diffusion de l O2 dans les poumons, sauf que la pression partielle capillaire de l oxyg ne ne peut pas tre mesur e. Cette limitation peut tre surmont e en utilisant du monoxyde de carbone (CO) plut t que de l'O2. tant donn que le CO a une faible solubilit dans la membrane capillaire, le taux d' quilibre du CO travers le capillaire est lent et la pression partielle du CO dans le sang capillaire reste proche de 0. En revanche, la solubilit du CO dans le sang est lev e. Ainsi, la seule limitation la diffusion du CO est la membrane alv olo-capillaire, et donc le CO est un Fig. 24.1 Transport de l'oxyg ne (O2) et du dioxyde de carbone (CO2) dans le sang art riel et veineux. L'oxyg ne dans le sang art riel est transf r des capillaires art riels vers les tissus. Les d bits d'O2 et de CO2 sont indiqu s pour 1 L de sang. Figue. 24.2 Selon la loi de Fick, la diffusion du gaz travers une feuille de tissu (Vgas) est directement li e la surface (A) de l' mission, la constante de diffusion |
Physiologie de Ganong et Levy | (D) du gaz sp cifique et la diff rence de pression partielle (P1 P2) du gaz de chaque c t du tissu, et est inversement li e l' paisseur du tissu (T). gaz utile pour le calcul du DL. La pression partielle capillaire (P2 en q. 24.1 ) est essentiellement 0 pour le CO, et donc DL peut tre mesur partir de la diffusion du monoxyde de carbone (V CO) et de la pression partielle moyenne de CO dans l'alv ole ; c'est, quation 24.2 o DLCO = capacit de diffusion du poumon pour le monoxyde de carbone. L' valuation du DLCO est devenue une mesure classique de la barri re de diffusion de la membrane alv olo-capillaire. Il est utile dans le diagnostic diff rentiel de certaines maladies pulmonaires obstructives, telles que l'emphys me. Un patient atteint de fibrose pulmonaire interstitielle (une maladie pulmonaire restrictive) inhale en une seule respiration 0,3 % de CO du volume r siduel la capacit pulmonaire totale. Il retient sa respiration pendant 10 secondes, puis expire. La pression polaire de CO est de 0,1 mmHg et 0,25 ml de CO ont t absorb s. La capacit de diffusion du CO chez ce patient est de . mL/10 secondes 0 1, mm Hg = 15 mL/minute/mm Hg La plage normale de DLCO est de 20 30 ml/minute/mmHg. Les patients atteints de fibrose pulmonaire interstitielle ont un premier r ponse inflammatoire alv olaire avec formation ult rieure de cicatrices dans l'espace interstitiel. La cicatrice inflammatoire remplace les alv oles et diminue la surface de diffusion des gaz, ce qui entra ne une diminution de la DLCO. C'est une caract ristique classique de certains types de maladies pulmonaires restrictives. L change d oxyg ne et de dioxyde de carbone dans les poumons est limit la perfusion Diff rents gaz ont des facteurs de solubilit diff rents. Les gaz insolubles dans le sang (c'est- -dire les gaz anesth siques tels que le protoxyde d'azote et l' ther) ne se combinent pas chimiquement avec les prot ines du sang et s' quilibrent rapidement entre les gaz alv olaires et le sang. L' quilibrage se produit en moins de temps que les 0,75 secondes que le globule rouge passe dans le lit capillaire (temps de transit capillaire). La diffusion de gaz insolubles entre le gaz alv olaire et le sang est consid r e comme limit e par la perfusion car la pression partielle du gaz dans le sang sortant du capillaire a atteint l' quilibre avec le gaz alv olaire et n'est limit e que par la quantit de sang perfusant l'alv ole. En revanche, un gaz dont la diffusion est limit e, comme le CO, a une faible solubilit dans la membrane alv olo-capillaire mais une solubilit lev e dans le sang en raison de sa forte affinit pour l'h moglobine (Hgb). Ces caract ristiques emp chent l quilibre du CO entre le gaz alv olaire et le sang pendant le temps de transit des globules rouges. La forte affinit du CO pour l'Hgb permet de grandes quantit s de CO d' tre absorb es dans le sang avec peu ou pas d'augmentation appr ciable de sa pression partielle. Les gaz chimiquement li s au Hgb n exercent pas de pression partielle dans le sang. Comme le CO, le CO2 et l O2 ont une solubilit relativement faible dans la membrane alv olo-capillaire mais une solubilit lev e dans le sang en raison de leur capacit se lier l Hgb. Cependant, leur vitesse d' quilibrage est suffisamment rapide pour qu'un quilibrage complet se produise pendant le temps de transit du globule rouge dans le capillaire. L' quilibre entre l'O2 et le CO2 se produit g n ralement en 0,25 seconde. Ainsi, le transfert d'O2 et de CO2 est normalement limit par la perfusion. La pression partielle d'un gaz dont la diffusion est limit e (c'est- -dire le CO) n'atteint pas l' quilibre avec la pression alv olaire pendant le temps qu'il passe dans le capillaire ( Figure 24.3 ). Bien que le CO2 ait un taux de diffusion dans le sang plus lev que l O2, il a un rapport de solubilit sanguine membranaire plus faible et prend donc peu pr s le m me temps pour atteindre l quilibre dans le sang. D but de Fin de 0,25 ,50 ,75 Temps en capillaire (sec) Fig. 24.3 Absorption de l'oxyde nitreux (N2O), du monoxyde de carbone (CO) et de l'O2 dans le sang en relation avec leurs pressions partielles et le temps de transit des globules rouges dans le capillaire. Pour les gaz limit s par perfusion (N2O et O2), leurs pressions partielles se sont quilibr es avec la pression alv olaire b avant de sortir du capillaire. En revanche, la pression partielle du CO, gaz dont la diffusion est limit e, n'atteint pas l' quilibre avec la pression alv olaire. Dans de rares conditions, l'absorption d'O2 peut devenir limit e par la diffusion. Une limitation de la diffusion de l O2 et du CO2 se produirait si les globules rouges passaient moins de 0,25 seconde dans le lit capillaire. C'est parfois le cas chez des sportifs tr s en forme lors d'exercices vigoureux et chez des sujets sains qui s'exercent haute altitude. L'oxyg ne est transport dans le sang sous deux formes : l'O2 dissous et l'O2 li |
Physiologie de Ganong et Levy | l'Hgb. La forme dissoute est mesur e cliniquement dans un chantillon de gaz du sang art riel sous forme de pression partielle d'oxyg ne art riel (PaO2). Seul un faible pourcentage d O2 dans le sang est sous forme dissoute et sa contribution au transport de l O2 dans des conditions normales est presque n gligeable. Cependant, l O2 dissous peut devenir un facteur important dans des conditions d hypox mie s v re. La liaison de l O2 l Hgb pour former de l oxyh moglobine dans les globules rouges est le principal m canisme de transport de l O2. L Hgb non li l O2 est appel d soxyh moglobine ou Hgb r duit. La capacit du sang transporter l O2 est multipli e par 65 environ par sa capacit se lier l Hgb. L'Hgb est la principale mol cule de transport de l'O2. La mol cule Hgb est une prot ine compos e de deux composants majeurs : quatre groupes h mes non prot iques, chacun contenant du fer sous forme ferrique r duite (Fe+++), qui est le site de liaison de l'O2, et une partie globine constitu e de quatre cha nes polypeptidiques. Les adultes normaux ont deux cha nes -globine et deux cha nes -globine (HgbA), tandis que les enfants de moins de 6 mois ont principalement de l'Hgb f tale (HgbF), compos e de deux cha nes et de deux cha nes . Cette diff rence dans la structure de l HgbF augmente son affinit pour l O2 et facilite le transport de l O2 travers le placenta. De plus, l'HgbF n'est pas inhib par le 2,3-diphosphoglyc rate (2,3DPG), un produit de la glycolyse ; ainsi l absorption d O2 est encore am lior e. La liaison de l O2 au Hgb modifie la capacit du Hgb absorber la lumi re. Cet effet de l'O2 sur l'Hgb est responsable du changement de couleur entre le sang art riel oxyg n (rouge vif) et le sang veineux d soxyg n (rouge fonc bleut ). La liaison et la dissociation de l'O2 avec l'Hgb se produisent en quelques millisecondes, facilitant ainsi le transport de l'O2 car les globules rouges ne passent que 0,75 seconde dans les capillaires. Il existe environ 280 millions de mol cules d Hgb par globule rouge, ce qui constitue un m canisme efficace pour transporter l O2. La myoglobine, une prot ine similaire en structure et en fonction l'Hgb, ne poss de qu'une seule sous-unit de la mol cule Hgb. Il facilite le transfert d'O2 du sang vers les cellules musculaires et le stockage de l'O2, ce qui est particuli rement critique dans des conditions de manque d'O2. Les anomalies de la mol cule Hgb se produisent avec des mutations dans la s quence d'acides amin s (c'est- -dire, dr panocytose) ou dans la disposition spatiale des cha nes polypeptidiques de globine et entra nent un fonctionnement anormal. Des compos s tels que le CO, les nitrites (oxyde nitrique) et les cyanures peuvent oxyder le Fig. 24.4 Courbe de dissociation de l'oxyh moglobine montrant la relation entre la pression partielle de l'oxyg ne (Po2) dans le sang et le pourcentage de sites de liaison de l'h moglobine (Hgb) occup s par les mol cules d'oxyg ne (pourcentage de saturation). L'h moglobine adulte (HgbA) est satur e environ 50 % en oxyg ne PO2 de 27 mm Hg, satur e 90 % 60 mm Hg et environ 98 % satur e 100 mm Hg. La P50 est la pression partielle laquelle l'Hg est satur e 50 % en O2. Lorsque la courbe de dissociation de l'O2 se d place vers la droite, P50 augmente. mol cule de fer dans le groupe h me et la faire passer de l' tat ferreux r duit (Fe++) l' tat ferrique (Fe+++), ce qui r duit la capacit de l'O2 se lier au Hgb. Dans les alv oles, la majorit de l O2 du plasma se diffuse rapidement dans les globules rouges et se lie chimiquement l Hgb. Ce processus est r versible, de sorte que l'Hgb c de rapidement son O2 aux tissus par diffusion passive (la concentration d'O2 dans l'Hgb diminue). La courbe de dissociation de l'oxyh moglobine illustre la relation entre la PO2 dans le sang et le nombre de mol cules d'O2 li es Hgb (Fig. 24.4 ). La forme en S de la courbe d montre la d pendance de la saturation en Hgb sur la PO2, en particulier aux pressions partielles inf rieures 60 mm Hg. La signification clinique de la partie plate de la courbe de dissociation de l'oxyh moglobine (> 60 mm Hg) est qu'une baisse de la PO2 sur une large plage de pressions partielles (100 60 mm Hg) a un effet minime sur la saturation en Hgb, qui reste 90. % 100 %, un niveau suffisant pour le transport et la livraison normaux d'O2. La signification clinique de la partie abrupte (<60 mm Hg) de la courbe est qu une grande quantit d O2 est lib r e par l Hgb avec seulement un l ger changement de PO2, ce qui facilite la lib ration et la diffusion d O2 dans les tissus. Le point de la courbe auquel l Hgb est satur 50 % en O2 est appel P50 et il est de 27 mm Hg chez les adultes normaux. Temp rature PCO2 2,3-DPG pH Diminution de P50 (affinit accrue) Temp rature PCO2 2,3-DPG pH Augmentation de P50 (diminution de l'affinit ) Fig. 24,5 Facteurs qui d placent la courbe d'indissociation de l'oxyh moglobe vers la droite (diminu |
Physiologie de Ganong et Levy | tion de l'affinit de l'Hgb pour O2) ou vers la gauche (en augmentation de l'affinit ). 2,3-DPG, 2,3-diphosphoglyc rate; PCO2, pression partielle du dioxyde de carbone. Facteurs physiologiques qui modifient la courbe de dissociation de l'oxyh moglobine La courbe de dissociation de l'oxyh moglobine peut se d placer dans de nombreuses conditions cliniques, soit vers la droite, soit vers la gauche ( Figue. 24.5). La courbe est d cal e vers la droite lorsque l'affinit de Dans la condition homozygote h r ditaire connue sous le nom de dr panocytose, les individus affect s ont une substitution d'acide amin (valine par acide glutamique) sur le cha nedelamol culeHgb.Celacr edescellules falciformesHgb(HgbS),qui,lorsqu'elles ne sont pas li es l'oxyg ne (d soxyh moglobi nordd satur Hgb),peuvent se transformer en un mat riau g latineux dur qui d forme la forme biconcave normale des autres cellules sanguines ed en croissant, ou en faucille. Ce changement d'apparence de sph rique forme de faucille augmente la tendance des globules rouges former des thrombirclous qui obstruent les petits vaisseaux et cr e un tat clinique connu sous le nom d' pisode de dr panocytose aigu. Les sympt mes d'un tel pisode varient en fonction du site de l'obstruction (par exemple, dans le cerveau, accident vasculaire c r bral; poumons, infarctus pulmonaire) et sont g n ralement associ s une douleur intense. ils sont sensibles aux infections r currentes. Sous la forme homozygote, cette condition est la vie cependant, les individus de forme h t rozygote sont r sistants au paludisme. Ainsi, les individus ayant des cellules h t rozygotes ont un avantage de survie dans les r gions du monde o le paludisme est r pandu, ce qui peut expliquer pourquoi la mutation des cellules dr paniques a t pr serv e au cours de l' volution. C'est le cas des individus atteints de dr panocytose, dans la mesure o les cellules ne se d saturent pas autant lorsque l'O2 est lib r de l'Hgb dans les tissus et sont donc moins susceptibles de se d former en forme de dr panocytose. La dr panocytose est la plus r pandue parmi les individus d'origine afro-am ricaine, mais elle est galement observ e chez les hispaniques, les turcs, les asiatiques et d'autres groupes ethniques. L'Hgb pour l'O2 diminue, ce qui am liore la dissociation de l'O2. Cela entra ne une diminution de la liaison de l'Hgb l'O2 une PO2 donn e, ce qui entra ne une augmentation de la P50. Lorsque l affinit de l Hgb pour l O2 augmente, la courbe se d place vers la gauche, ce qui entra ne une diminution de la P50. Dans cet tat, la dissociation de l O2 et son apport aux tissus sont inhib s. Les d placements vers la droite ou vers la gauche de la courbe de dissociation ont peu d effet lorsqu ils se produisent des pressions partielles d O2 comprises dans la plage normale (80 100 mm Hg). Cependant, des pressions partielles d O2 inf rieures 60 mm Hg (partie raide de la courbe), les d placements de la courbe de dissociation de l oxyh moglobine peuvent influencer consid rablement le transport de l O2. Les modifications de la concentration sanguine en ions hydrog ne (pH) modifient la courbe de dissociation de l oxyh moglobine. Une augmentation de la production de CO2 par les tissus et sa lib ration dans le sang entra nent la g n ration d'ions hydrog ne (H+) et une diminution du pH. Cela d place la courbe de dissociation vers la droite, ce qui a un effet b n fique en favorisant la lib ration d'O2 de l'Hgb pour sa diffusion dans les tissus. Le d placement vers la droite de la courbe de dissociation est d la diminution du pH et un effet direct du CO2 sur l'Hgb. l inverse, lorsque le sang passe dans les poumons, le CO2 est expir , ce qui entra ne une augmentation du pH, ce qui entra ne un d placement de la courbe de dissociation de l oxyh moglobine vers la gauche. Cet effet du CO2 sur l affinit de l Hgb pour l O2 est connu sous le nom d effet Bohr et sert am liorer l absorption de l O2 dans les poumons et l apport de l O2 aux tissus. Une augmentation de la temp rature corporelle, comme cela se produit pendant l'exercice, d place la courbe de dissociation de l'oxyh moglobine vers la droite et permet de lib rer davantage d'O2 dans les tissus, l o cela est n cessaire car la demande augmente. Par temps froid, une diminution de la temp rature corporelle, notamment au niveau des extr mit s (l vres, doigts, orteils et oreilles), d place la courbe de dissociation de l'O2 vers la gauche (affinit Hgb plus lev e). Dans ce cas, la PaO2 peut tre normale, mais la lib ration d'O2 dans ces extr mit s n'est pas facilit e. 2,3-Diphosphoglyc rate Les globules rouges matures ne poss dent pas de mitochondries et d pendent donc de la glycolyse ana robie. De grandes quantit s d'un interm diaire m tabolique, le 2,3-DPG, se forment dans les globules rouges au cours de la glycolyse, et l'affinit de l'Hgb pour l'O2 diminue mesure que les niveaux de 2,3-DPG augmentent. Ainsi la courbe de |
Physiologie de Ganong et Levy | dissociation de l'oxyh moglobine se d place vers la droite. Bien que les sites de liaison du 2,3-DPG et de l'O2 diff rent sur la mol cule Hgb, la liaison du 2,3-DPG cr e un effet allost rique qui inhibe la liaison de l'O2. Les conditions qui augmentent le 2,3-DPG comprennent l'hypoxie, une diminution de l'Hgb et une augmentation du pH. Des niveaux r duits de 2,3-DPG sont observ s dans les chantillons de sang stock s et peuvent donc pr senter un probl me aux receveurs de transfusion en raison de la plus grande affinit de l'Hgb pour l'O2, qui inhibe la d charge de l'O2 vers les tissus. Comme indiqu pr c demment, le HgbF a une plus grande affinit pour l'O2 que le Hgb adulte, et la courbe de dissociation de l'oxyh moglobine se d place ainsi vers la gauche. Figue. 24.6 Les courbes d'indissociation de l'oxyh moglobine et de la carboxyh moglobe illustrent clairement l'affinit accrue du monoxyde de carbone (CO) pour l'Hgb, en comparaison avec O2.100 80 60 40 20 0 0 20 40 60 PO2 (mm Hg) Saturation de l'h moglobine (%) 80 100 O2 + h moglobine CO + h moglobine Le CO se lie au groupe h me de la mol cule Hgb au m me site que l'O2 et forme la carboxyh moglobine (HgbCO). Une diff rence majeure entre la capacit du CO et celle de l O2 se lier l Hgb est illustr e par une comparaison des courbes de dissociation de l oxyh moglobine et de la carboxyh moglobine. L affinit du CO pour le Hgb est environ 200 fois sup rieure celle pour l O2 ( Figure 24.6 ). Ainsi, de petites quantit s de CO peuvent grandement influencer la liaison de l O2 au Hgb. En pr sence de CO, l affinit du Hgb pour l O2 est renforc e. Cela provoque le d placement de la courbe de dissociation vers la gauche, ce qui emp che davantage le d chargement et l apport d O2 aux tissus. Lorsque la PCO du sang approche 1,0 mm Hg, tous les sites de liaison de l'Hgb sont occup s par le CO et l'Hgb est incapable de se lier l'O2. Cette situation n est pas compatible avec la vie et est cause de d c s en cas d intoxication au CO. Chez les individus en bonne sant , HgbCO occupe environ 1 2 % des sites de liaison du Hgb ; cependant, chez les fumeurs de cigarettes et chez les individus r sidant dans des zones de circulation urbaine forte densit , l'occupation des sites de liaison de l'Hgb peut tre augment e jusqu' 10 %. Les niveaux sup rieurs 5 % 7 % sont consid r s comme dangereux. Le traitement des individus ayant des niveaux lev s de CO, comme ceux qui ont inhal les gaz d chappement d une voiture ou la fum e d un b timent en feu, consiste administrer de fortes concentrations d O2 pour d placer le CO du Hgb. L'augmentation de la pression ambiante au-dessus de la pression atmosph rique, gr ce l'utilisation d'une chambre barom trique, augmente consid rablement la tension d'O2, ce qui favorise la dissociation du CO du Hgb. Un autre gaz, l'oxyde nitrique, a une grande affinit (200 000 fois sup rieure l'O2) pour l'Hgb, et il se lie de mani re irr versible l'Hgb au m me site que l'O2. Les cellules endoth liales synth tisent de l'oxyde nitrique, qui poss de des propri t s de vasodilatation. Ainsi, l'oxyde nitrique est utilis en th rapeutique comme inhalant chez les patients souffrant d'hypertension pulmonaire pour r duire la pression. Bien que l'intoxication par l'oxyde nitrique ne soit pas courante, le clinicien doit tre prudent lorsqu'il administre un traitement l'oxyde nitrique pendant de longues p riodes. Le CO et l oxyde nitrique li s au Hgb sont appel s m th moglobine. Dans des conditions normales, environ 1 2 % du Hgb est li au CO et l oxyde nitrique. Saturation, contenu et livraison en oxyg ne Chaque mol cule de Hgb peut lier jusqu' quatre atomes d'O2, et chaque gramme de Hgb peut lier jusqu' 1,34 ml d'O2. Le terme saturation en O2 (SO2) fait r f rence la quantit d O2 li e l Hgb par rapport la quantit maximale d O2 (capacit d O2 de 100 %) qui peut lier l Hgb. 100 % de capacit en O2, les groupes h me des mol cules Hgb sont enti rement satur s en O2, et 75 % de capacit en O2, trois des quatre groupes h me sont occup s. La liaison de l'O2 chaque groupe h me augmente l'affinit de la mol cule Hgb pour lier de l'O2 suppl mentaire. La teneur en O2 du sang est la somme de l O2 li l Hgb et de l O2 dissous. La teneur en oxyg ne diminue en pr sence d'une augmentation de CO2 et de CO et chez les individus souffrant d'an mie ( Figure 24.7 L'apport d'oxyg ne des poumons aux tissus d pend de plusieurs facteurs, notamment le d bit cardiaque, la teneur en Hgb du sang et la capacit des poumons oxyg ner le sang. Tout l O2 n est pas transport dans le sang est d charg au niveau des tissus. L O2 r el extrait du sang par les tissus est la diff rence entre la teneur art rielle en O2 et la teneur veineuse en O2, multipli e par le d bit cardiaque. Dans des conditions normales, l Hgb laisse les tissus satur s 75 % en O2, et seulement 25 % environ sont r ellement utilis s par les tissus. Hypothermie, le rel chement |
Physiologie de Ganong et Levy | des muscles squelettiques et une augmentation du d bit cardiaque r duisent l'extraction d'O2. l inverse, une diminution du d bit cardiaque, l an mie, l hyperthermie et l exercice augmentent l extraction d O2. Figue. 24,7 Une comparaison des courbes de teneur en O2 dans trois conditions montre pourquoi la carboxyh moglobine (HgbCO) r duit consid rablement le syst me de transport d'O2. Cinquante pour cent de HgbCO repr sentent la liaison de la moiti de l'Hgb en circulation avec le monoxyde de carbone (CO). Les courbes de 50 % d'h moglobine et de 50 % de HgbCO montrent la m me diminution de la teneur en O2 dans le sang art riel. Cependant, le CO a un effet profond sur la diminution de la pression partielle veineuse de l'oxyg ne. Les points art riels (a) et veineux mixtes ( v) de d bit cardiaque constant sont indiqu s. L'hypoxie tissulaire est une condition dans laquelle l'O2 disponible pour les cellules est insuffisant pour maintenir un m tabolisme a robie ad quat. Ainsi, le m tabolisme ana robie est stimul et entra ne une augmentation des niveaux de lactate et de H+ et la formation ult rieure d'acide lactique. Le r sultat net peut entra ner une diminution significative du sang pH. En cas d'hypoxie s v re, les extr mit s, les orteils et le bout des doigts peuvent appara tre bleu-gris (cyanos ) en raison du manque d'O2 et de l'augmentation des taux de d soxyh moglobine. Il existe quatre principaux types d'hypoxie tissulaire (hypoxie hypoxique, hypoxie circulatoire, hypoxie an mique, hypoxie histotoxique), discut s en d tail dans Chapitre 23. L'oxyg nation des tissus d pend de la concentration d'Hgb et donc du nombre de globules rouges disponibles dans la circulation. La production de globules rouges ( rythropo se) dans la moelle osseuse est contr l e par l'hormone rythropo tine, qui est synth tis e dans les reins par les cellules interstitielles corticales. Bien que les niveaux d Hgb soient normalement tr s stables, une diminution de l apport d O2, une faible concentration d Hgb et une faible PaO2 stimulent la s cr tion d rythropo tine. Cela augmente la production de globules rouges. La maladie r nale chronique endommage les cellules interstitielles corticales et supprime ainsi leur capacit synth tiser l' rythropo tine. Cela provoque une an mie, ainsi qu une diminution de l Hgb en raison du manque d rythropo tine. La th rapie de remplacement de l' rythropo tine utilisant l' po tine alfa (Epogen, Procrit) ou la darb po tine alfa (Aranesp) augmente efficacement la production de globules rouges. Le CO2 est produit un d bit d'environ 200 ml/minute dans des conditions saines, et g n ralement, 80 mol cules de CO2 sont expir es par les poumons pour 100 mol cules d'O2 qui p n trent dans le lit capillaire. Le rapport entre l'absorption de CO2 expir et d'O2 est appel rapport d' change respiratoire et, dans des conditions normales, est de 0,8 (80 mol cules de CO2 pour 100 mol cules d'O2). Ce rapport est similaire dans le compartiment tissulaire/sang, o il est appel quotient respiratoire. Le corps a des capacit s de stockage am lior es pour le CO2, par rapport l'O2, et par cons quent la PaO2 est beaucoup plus sensible aux changements de ventilation que la PaCO2. Alors que la PaO2 d pend de plusieurs facteurs, outre la ventilation alv olaire, la PaCO2 art rielle d pend uniquement de la ventilation alv olaire et de la production de CO2. Il existe une relation inverse entre la ventilation alv olaire et la PaCO2. Dans le sang, le CO2 est transport dans les globules rouges principalement sous forme de bicarbonate (HCO3 ), mais galement sous forme de CO2 dissous et de H2CO3 = PCO2 0,0301 Fig. 24.8 M canismes de transport du CO2 dans le sang. v. Le m canisme pr dominant par lequel le CO2 est transport des cellules tissulaires vers les poumons est sous la forme d un bicarbonate de sodium (HCO3 ). les complexes carbaminoprot iques (c'est- -dire que le CO2 se lie aux prot ines plasmatiques et l'Hgb ; Figure 24.8 ). Une fois que le CO2 se diffuse travers les tissus et p n tre dans le plasma, il se dissout rapidement. La r action du CO2 avec H2O pour former de l'acide carbonique (H2CO3) est le principal m canisme de g n ration de HCO3 dans les globules rouges : quation 24.3 La r action se d roule normalement assez lentement ; cependant, il est catalys dans les globules rouges par l enzyme anhydrase carbonique. Le HCO3 se diffuse hors du globule rouge en change de Cl , dans un processus connu sous le nom de d placement de chlorure, qui aide la cellule maintenir son quilibre osmotique. Cette r action chimique (voir Fig. 24.8) est r versible et peut tre d plac vers la droite pour g n rer plus de HCO3 en r ponse une plus grande quantit de CO2 entrant dans le sang partir des tissus, ou il peut tre d plac vers la gauche lorsque le CO2 est expir dans les poumons, ce qui r duit les niveaux de HCO3 . Le H+ libre est rapidement tamponn dans les globules rouges en se liant |
Physiologie de Ganong et Levy | l Hgb. Le tamponnage de H+ est essentiel pour maintenir la r action en mouvement vers la synth se de HCO3 ; des niveaux lev s de H+ libre (pH faible) provoquent un d placement de la r action vers la gauche. R gulation de la concentration en ions hydrog ne et de l quilibre acido-basique La concentration de H+ (pH) a un effet consid rable sur de nombreux processus m taboliques au sein des cellules, et la r gulation du pH est essentielle l hom ostasie normale. En milieu clinique, le pH sanguin est mesur pour valuer la concentration de H+. La plage normale de pH pour les adultes est comprise entre 7,35 et 7,45 et est maintenue par les poumons, les reins et les syst mes tampons chimiques. Dans le syst me respiratoire, la conversion du CO2 en HCO3 , illustr e ci-dessous, est un m canisme majeur de tamponnage et de r gulation de la concentration en H+ (pH) : quation 24.4 mesure que PACO2 change, la concentration de HCO3 et de H2CO3, ainsi que de PaCO2, volue galement. L' quation de Henderson Hasselbalch est utilis e pour calculer comment les changements de CO2 et de HCO3 affectent le pH : quation 24.5 o = solubilit . Ainsi quation 24,6 log[HCO3 ]pH = 6 1. + 0 03 PCO2 Dans ces quations, la quantit de CO2 est d termin e partir de la PCO2 et de sa solubilit ( ) en solution. Pour le plasma 37 C, a une valeur de 0,03. De plus, pK est le logarithme n gatif de la constante de dissociation globale de la r action et a une valeur logarithmique de 6,1 pour le plasma 37 C. L'hyperventilation aigu secondaire l'exercice ou l'anxi t r duit la PCO2 et provoque ainsi une augmentation du pH (alcalose respiratoire). A l inverse, si la PCO2 augmente cause d une hypoventilation secondaire un surdosage d un d presseur respiratoire, le pH diminue (acidose respiratoire). Les d s quilibres acido-basiques sont galement caus s par des troubles m taboliques tels que l'acidose m tabolique (par exemple, acidose lactique, acidoc tose et insuffisance r nale) et l'alcalose m tabolique (par exemple, hypokali mie, hypochlor mie, vomissements, fortes doses de st ro des). Contrairement l'O2, la courbe de dissociation du CO2 dans le sang est lin aire et directement li e la PCO2 ( Figure 24.9). Le degr de saturation du Hgb en O2 a un effet majeur sur la courbe de dissociation du CO2. Bien que l'O2 et le CO2 se lient au Hgb 1. Les gaz (protoxyde d azote, ther, h lium) qui ont un taux d quilibre air-sang rapide sont limit s en perfusion. Les gaz (CO) qui ont un taux d quilibre air-sang lent sont limit s en diffusion. Dans des conditions normales, les changes d'O2 et de CO2 sont limit s par la perfusion mais peuvent tre limit s par la diffusion dans certaines situations. 2. Le principal m canisme de transport de l O2 dans le sang se situe au sein des globules rouges li s l Hgb, et pour le CO2, il se situe au sein des globules rouges sous forme de HCO3 . 3. La r action r versible du CO2 avec H2O pour former H2CO3, avec sa dissociation ult rieure en HCO3 et H+ , est catalys e par l'enzyme anhydrase carbonique pr sente dans les globules rouges et constitue le principal m canisme de g n ration de HCO3 . 4. La courbe de dissociation de l'O2 est en forme de S. Dans la zone du plateau (>60 mm Hg), l'augmentation ou la diminution de la PO2 n'a qu'un effet minime sur la saturation en Hgb partir de 100 % Fig. 24.9 Courbes d' quilibre pour le CO2 dans le sang art riel et veineux. Le sang veineux peut transporter plus de CO2 que le sang art riel ne peut transporter n'importe quelle PCO2 donn e. Par rapport la courbe d' quilibre HgbO2, les courbes de CO2 sont essentiellement des lignes droites entre une PCO2 de 20 et une PCO2 de 80 mmHg. Les tirets longs repr sentent la courbe d' quilibre art riel ; les tirets courts repr sentent la courbe d' quilibre veineux. sur diff rents sites, l Hgb d soxyg n e a une plus grande affinit pour le CO2 que l Hgb oxyg n e. Ainsi, le sang d soxyg n (sang veineux) absorbe et transporte librement plus de CO2 que le sang art riel oxyg n . L'Hgb d soxyg n forme plus facilement des compos s carbamino et se lie galement plus facilement au H+ libre lib r lors de la formation de HCO3 . L'effet des modifications de la saturation en oxyh moglobine sur la relation entre la teneur en CO2 et la PCO2 est appel effet Haldane et est invers dans les poumons lorsque l'O2 est transport des alv oles vers les globules rouges. Cet effet est illustr par un d placement vers la gauche de la courbe de dissociation du CO2 dans le sang veineux par rapport au sang art riel. 90 %. Cela garantit une saturation Hgb ad quate sur une large plage de valeurs de PO2. 5. La courbe de dissociation du CO2 est lin aire et directement li e la PCO2. La PCO2 d pend uniquement de la ventilation alv olaire et de la production de CO2. 6. La voie CO2 vers HCO3 joue un r le essentiel dans la r gulation des ions H+ et dans le maintien de l quilibre acido-basique dans l organi |
Physiologie de Ganong et Levy | sme. 7. L oxyg nation des tissus d pend de l Hgb pr sente dans les globules rouges et, par cons quent, du nombre (et de la production) de globules rouges, qui est contr l par l hormone rythropo tine. Un faible apport d'O2, une faible concentration de Hgb et une faible PaO2 stimulent la s cr tion d' rythropo tine dans les reins. 8. L'hypoxie tissulaire se produit lorsque des quantit s insuffisantes d'O2 sont fournies aux tissus pour conduire des niveaux normaux de m tabolisme a robie. Butler JP, Tsuda A. Transport des gaz entre l'environnement et les alv oles fondements th oriques. Compr Physiol. 2011;1 : 1301-1316. Calverley PMA, Koulouris NG. Limitation du d bit et hyperinflation dynamique : concepts cl s de la physiologie respiratoire moderne. Eur Respir J. 2005;25:186-199. Hillman SS, Hancock TV, Hedrick MS. Une m ta-analyse comparative du m tabolisme a robie maximal des vert br s : implications pour les limites respiratoires et cardiovasculaires des changes gazeux. J Comp Physiol [B]. 2013;183 : 167-179. Hughes JM. valuation des changes gazeux. Chron Respir Dis. 2007;4:205-214. Petersson J, Glenny RW. changes gazeux et relations ventilation-perfusion dans le poumon. Eur Respir J. 2014;44:1023-1041. Sheel AW, Romer LM. Ventilation et m canique respiratoire. Compr Physiol. 2012;2:1093-1142. Stickland MK, Lindinger MI, Olfert IM et al. changes gazeux pulmonaires et quilibre acido-basique pendant l exercice. Compr Physiol. 2013;3:693-739. Whipp BJ. M canismes physiologiques dissociant la dynamique des changes pulmonaires de CO2 et d'O2 lors de l'exercice chez l'homme. Exp Physiol. 2007;92 : 347-355. la fin de ce chapitre, l' tudiant devrait tre capable de r pondre aux questions suivantes : 1. D crire l'organisation centrale de la respiration. 2. Expliquer le r le des chimior cepteurs centraux et p riph riques dans la r gulation de la respiration. 3. Comparez et contrastez les r les des chimior cepteurs et des m canor cepteurs pulmonaires dans la r gulation de la respiration. 4. D crire le contr le respiratoire dans des circonstances particuli res (par exemple, exercice et haute altitude). 5. D crire les effets des anomalies du contr le ventilatoire. Les gens respirent sans r fl chir et peuvent volontairement modifier leur rythme respiratoire et m me retenir leur souffle. Le contr le de la ventilation comprend la g n ration et la r gulation de la respiration rythm e par le centre respiratoire du tronc c r bral et sa modification par l'entr e d'informations provenant des centres c r braux sup rieurs et des r cepteurs syst miques. Les objectifs de la respiration sont, d'un point de vue m canique, de minimiser le travail et, d'un point de vue physiologique, de maintenir et de r guler les pressions positives du sang art riel O2 (PaO2) et CO2 (PaCO2). Un autre objectif de la respiration est de maintenir l quilibre acido-basique dans le cerveau en r gulant la PaCO2. La respiration automatique commence d s la naissance. In utero, c'est le placenta, et non le poumon, qui est l'organe des changes gazeux chez le f tus. Ses microvillosit s s'interdigisent avec la circulation ut rine maternelle, et le transport et l' limination de la PaO2 du f tus se font par diffusion passive travers le canal maternel. circulation. Contr le ventilatoire : un aper u Il existe quatre sites principaux de contr le ventilatoire : (1) le centre de contr le respiratoire, (2) les chimior cepteurs centraux, (3) les chimior cepteurs p riph riques et (4) les m canor cepteurs pulmonaires/nerfs sensoriels. Le centre de contr le respiratoire est situ dans la moelle oblongue du tronc c r bral et est compos de plusieurs noyaux qui g n rent et modifient le rythme ventilatoire de base. Ce centre se compose de deux parties principales : (1) un g n rateur de sch ma ventilatoire, qui d finit le sch ma rythmique, et (2) un int grateur, qui contr le la g n ration du sch ma, traite les entr es des centres c r braux sup rieurs et des chimior cepteurs, et contr le la fr quence et amplitude du sch ma ventilatoire. L'entr e vers l'int grateur provient des centres c r braux sup rieurs, notamment le cortex c r bral, l'hypothalamus, le syst me limbique, y compris les amygdales, et le cervelet. Les chimior cepteurs centraux sont situ s dans le syst me nerveux central, juste en dessous de la surface ventrolat rale de la moelle. Ces chimior cepteurs centraux d tectent les modifications de la PaCO2 et du pH du liquide interstitiel dans le tronc c r bral et modulent la ventilation. Les chimior cepteurs p riph riques sont situ s sur des cellules sp cialis es de la crosse aortique (corps aortiques) et la bifurcation des art res carotides internes et externes (corps carotides) dans le cou. Ces chimior cepteurs p riph riques d tectent la PaO2, la PaCO2 et le pH du sang art riel et renvoient des informations aux noyaux int grateurs de la moelle via les nerfs vagues et les nerfs du sinus carotidien, qui sont des branches des nerf |
Physiologie de Ganong et Levy | s glossopharyng s. Les m canor cepteurs pulmonaires et la stimulation des nerfs sensoriels, en r ponse l'inflation pulmonaire ou la stimulation par des irritants ou la lib ration de m diateurs locaux dans les voies respiratoires, modifient le sch ma ventilatoire. La sortie collective du centre de contr le respiratoire vers les motoneurones situ s dans la corne ant rieure de la colonne vert brale contr le les muscles de la respiration, et cette sortie d termine le sch ma rythmique automatique de la respiration. Les motoneurones situ s dans la r gion cervicale de la colonne vert brale contr lent l'activit du diaphragme travers les nerfs phr niques, tandis que d'autres motoneurones situ s dans la r gion thoracique de la colonne vert brale contr lent les muscles intercostaux et les muscles accessoires de la respiration. Contrairement la respiration automatique, la respiration volontaire contourne le centre de contr le respiratoire situ dans la moelle. L'activit neuronale contr lant la respiration volontaire provient du cortex moteur et la signalisation passe directement aux motoneurones de la colonne vert brale par les voies corticospinales. Les motoneurones des muscles respiratoires agissent comme le site final d'int gration du contr le volontaire (voies corticospinales) et automatique (voies ventrolat rales) de la ventilation. Le contr le volontaire de ces muscles entre en comp tition avec les influences automatiques au niveau des motoneurones spinaux, et cette comp tition peut tre d montr e par l'apn e. Au d but de l apn e, le contr le volontaire domine les motoneurones spinaux. Cependant, mesure que l'apn e se poursuit, le contr le ventilatoire automatique finit par dominer l'effort volontaire et limite la dur e de l'apn e. Les motoneurones innervent galement les muscles 490 SECTION5Berne & Levy Physiologie 15 10 5 0 25 35 45 55 65 PaCO2 (mm Hg) Ventilation alv olaire (L/min) Acidose m tabolique veil sommeil normal Morphine, barbituriques BPCO Agents anesth siques Fig. 25.1 Relation entre la pression partielle de dioxyde de carbone art riel (PaCO2) et la ventilation alv olaire dans les tats normaux d' veil, pendant le sommeil, apr s l'ingestion de narcotiques et une anesth sie profonde, et en pr sence d'acidose m tabolique. La pente de la r ponse (sensibilit ) et la position de la r ponse garantissent (le seuil, le point auquel la courbe traverse l'ex l'axe [non repr sent ]) sont modifi s, ce qui indique les diff rences entre les r ponses inventilatoires et les seuils de r ponse. COP D, maladie pulmonaire obstructive chronique. des voies respiratoires sup rieures. Ces neurones sont situ s dans la moelle, pr s du centre de contr le respiratoire. Ils innervent les muscles des voies respiratoires sup rieures via les nerfs cr niens. Lorsqu'ils sont activ s, ils dilatent le pharynx et les grandes voies respiratoires au d but de l'inspiration. R ponse au dioxyde de carbone La ventilation est r gul e par la PaCO2, la PaO2 et le pH du sang art riel. La PaCO2 est le plus important de ces r gulateurs. Le rythme et la profondeur de la respiration sont contr l s pour maintenir la PaCO2 proche de 40 mm Hg. Chez un individu normal veill , il y a une augmentation lin aire de la ventilation mesure que la PaCO2 atteint et d passe 40 mm. Hg (Fig. 25.1 ). La pouss e ventilatoire ou la r ponse aux changements de PaCO2 peut tre r duite par l'hyperventilation et par des m dicaments qui d priment le centre respiratoire et diminuent la r ponse ventilatoire au CO2 et l'O2, comme la morphine, les barbituriques et les agents anesth siques. Dans ces cas-l , la relance est insuffisante pour stimuler les motoneurones qui innervent les muscles respiratoires. Il est galement d prim pendant le sommeil. De plus, la r ponse ventilatoire aux changements de PaCO2 est r duite si le travail respiratoire est augment , ce qui peut survenir chez les personnes atteintes de maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC). Cet effet se produit principalement parce que la production neuronale du centre respiratoire est moins efficace pour favoriser la ventilation en raison de la limitation m canique de la ventilation. Les changements de PaCO2 sont d tect s par les chimior cepteurs centraux et p riph riques et transmettent cette information aux centres respiratoires m dullaires. Le centre de contr le respiratoire r gule alors la ventilation minute et maintient ainsi la PaCO2 dans la plage normale. En pr sence d'une PaO2 normale, la ventilation augmente d'environ 3 L/minute pour chaque augmentation de 1 mm Hg de PaCO2. La r ponse une augmentation de la PaCO2 est encore accrue lorsque la PaO2 est faible ( Figure 25.2, ). Avec une PaO2 faible, la ventilation est plus grande pour une PaCO2 donn e, et l'augmentation de la ventilation pour une augmentation donn e de la PaCO2 est am lior e. La pente de la r ponse ventilatoire minute en fonction du CO2 inspir est appel e r ponse ventilatoire au CO2 et constitue un t |
Physiologie de Ganong et Levy | est de sensibilit au CO2. Il est important de reconna tre que cette relation est amplifi e par un faible taux d'O2 (voir Figure 25.2, B ). La r activit un faible taux d'O2 est am lior e car diff rents m canismes sont responsables de la d tection de la PaO2 et de la PaCO2 dans les chimior cepteurs p riph riques. Ainsi, la pr sence la fois d une hypercapnie lev e en CO2 et d une hypox mie faible en O2 (souvent appel e asphyxie lorsque les deux changements sont pr sents) a un effet additif sur le d bit des chimior cepteurs et sur la stimulation ventilatoire qui en r sulte. Contr le de la ventilation : les d tails Le Centre de Contr le Respiratoire Lorsque le cerveau est sectionn exp rimentalement entre la moelle et le pont, une respiration p riodique est maintenue, d montrant ainsi que la rythmicit inh rente de la respiration trouve son origine dans la moelle. Bien qu aucun groupe de neurones de la moelle n ait t identifi comme tant le stimulateur cardiaque de la respiration, deux noyaux distincts au sein de la moelle sont impliqu s dans la g n ration du sch ma respiratoire. 25.3 ). L'un des noyaux est le groupe respiratoire dorsal (DRG), compos de cellules du noyau tractus solitarius et situ dans la r gion dorsom diale de la moelle. Les cellules du DRG re oivent des informations aff rentes provenant des nerfs cr niens IX Fig. 25.2 Les effets de l'hypoxie et de l'hypercapnie sur la ventilation car les pressions partielles des autres gaz respiratoires varient. UN, une pression partielle donn e du dioxyde de carbone art riel (PaCO2), la ventilation augmente de plus en plus mesure que la pression partielle de l'oxyg ne art riel (PaO2) diminue. Lorsque la PaCO2 est autoris e diminuer (la condition normale) pendant l'hypoxie, il y a peu de stimulation de la respiration jusqu' ce que la PaO2 tombe en dessous de 60 mmHg. achimior cepteurs du corps rotidien.B, La sensibilit de la r ponse ventilatoire au CO2 est renforc e par l'hypoxie. et X, qui proviennent des voies respiratoires et des poumons et constituent la station de traitement intracr nienne initiale pour cet apport aff rent. Le deuxi me groupe de cellules m dullaires est le groupe respiratoire ventral (VRG), situ dans la r gion ventrolat rale de la moelle. Le VRG est compos de trois groupes cellulaires : le noyau rostral retrofacialis, le noyau caudal retroambiguus et le noyau para-ambiguus. Le VRG contient la fois des neurones inspiratoires et expiratoires. Le noyau r trofacial et les cellules caudales du noyau r troambigus sont actifs pendant l'expiration, tandis que les cellules rostrales du noyau r troambigus sont actives pendant l'inspiration. Le noyau para-ambigus poss de des neurones inspiratoires et expiratoires qui voyagent dans le nerf vague jusqu'aux muscles laryng s et pharyng s. D charges Fig. 25.3 Le centre de contr le respiratoire est situ dans la moelle, la partie la plus primitive du cerveau. Les neurones sont principalement r partis en deux zones : le groupe respiratoire dorsal (DRG), qui est constitu du noyau tractus solitaire, et le groupe respiratoire ventral (VRG), qui est constitu du noyau h rostral r trofacial, du noyau paraambigu us et du noyau caudal r troambigus. C1 fait r f rence au premier segment de signal cervical la bordure caudale du po. ns. Le quatri me ventricule du cerveau est situ sous le cervelet et au-dessus, et entre, le pont et le th me du lla. Figue. 25.4 Sch ma du c blage de base du contr leur ventilatoire du tronc c r bral. Les signes de la sortie principale (fl ches) des pools de neurones indiquent si le d bit est excitateur (+) ou inhibiteur ( ). Le pool A fournit un stimulant inspiratoire tonique plusieurs muscles de la respiration. Les informations aff rentes (r troaction) provenant de divers capteurs agissent diff rents endroits : les r cepteurs chimioactifs agissent sur le pool A et les fibres sensorielles intrapulmonaires agissent via le pool des nerfs vagues B. Le centre apneumotaxique dans le pont ant rieur re oit des informations du cortex c r bral et agit sur le pool C. Les cellules de ces zones excitent certaines cellules et inhibent d autres cellules. Au niveau du centre de contr le respiratoire, l'inspiration et l'expiration comportent trois phases : une inspiratoire et deux expiratoires ( Figure 25.4 ). L'inspiration commence par une augmentation brusque de la d charge des cellules du noyau tractus solitarius, du noyau r troambigus et du noyau para-ambigus, suivie d'une augmentation constante, en forme de rampe, de la cadence de tir tout au long de l'inspiration. Cela entra ne une contraction progressive des muscles respiratoires lors de la respiration automatique. la fin de l inspiration, un v nement off-switch provoque une diminution marqu e de l activation des neurones, moment auquel l expiration commence. Au d but de l'expiration (phase I de l'expiration), une augmentation paradoxale de la d charge des neurones inspiratoires ra |
Physiologie de Ganong et Levy | lentit la phase expiratoire en augmentant le tonus musculaire inspiratoire et la d charge des neurones expiratoires. Ce d clenchement des neurones inspiratoires diminue et s'arr te pendant la phase II de l'expiration. Bien que de nombreux neurones diff rents du DRG et du VRG soient impliqu s dans la ventilation, chaque type de cellule semble avoir une fonction sp cifique. Par exemple, le r flexe de Hering-Breuer est un r flexe inspiratoire-inhibiteur qui provient de r cepteurs d' tirement aff rents situ s dans les muscles lisses des voies respiratoires. L'augmentation du gonflement pulmonaire stimule ces r cepteurs d' tirement et entra ne une expiration pr coce en stimulant les neurones associ s la phase d'arr t du contr le musculaire inspiratoire. Ainsi, la respiration rythmique d pend d'une pouss e inspiratoire continue (tonique) du DRG et d'une pouss e expiratoire intermittente (phasique) du cerveau, du thalamus, des nerfs cr niens et des voies sensorielles ascendantes de la moelle pini re. Un chimior cepteur est un r cepteur qui r pond un changement dans la composition chimique du sang ou d'un autre liquide qui l'entoure. Les chimior cepteurs centraux sont des cellules sp cialis es situ es sur la surface ventrolat rale de la moelle. Les chimior cepteurs sont sensibles au pH du liquide extracellulaire environnant. Parce que ce liquide extracellulaire est en contact avec le liquide c phalo-rachidien (LCR), les modifications du pH du LCR affectent la ventilation en agissant sur ces chimior cepteurs. Le LCR est un ultrafiltrat de plasma s cr t en continu par le plexus choro de et r absorb par les villosit s arachno diennes. Parce qu il est en contact avec le liquide extracellulaire du cerveau, la composition du LCR est influenc e par l activit m tabolique des cellules environnantes et par la composition du sang. Bien que l origine du LCR soit le plasma, la composition du LCR n est pas la m me que celle du plasma car la barri re h mato-enc phalique existe entre les deux sites ( Figure 25.5 ). La barri re h mato-enc phalique est compos e de cellules endoth liales, de muscles lisses et de membranes piale et arachno dienne, et r gule le mouvement des ions entre le sang et le LCR. De plus, le plexus choro de d termine galement la composition ionique du LCR en transportant les ions vers et hors du LCR. La barri re h mato-enc phalique est relativement imperm able aux ions H+ et HCO3 , mais elle est tr s perm able au CO2. Ainsi, la PCO2 dans le LCR est parall le la tension art rielle de la PCO2. Le CO2 est galement produit par les cellules du cerveau en tant que produit du m tabolisme. En cons quence, la PCO2 dans le LCR est g n ralement sup rieure de quelques millim tres celle du sang art riel, et le pH est donc l g rement plus acide (7,33) dans le LCR que dans le plasma ( Tableau 25.1 Fig. 25,5 Dioxyde de carbone et barri re h mato-enc phalique. La PaCO2 traverse la barri re h mato-enc phalique et s' quilibre rapidement avec le liquide c phalorachidien (LCR) CO2. Les ions H+ et HCO3 traversent la barri re lentement. La pression partielle du dioxyde de carbone art riel (PaCO2) se combine au CO2 g n r par le m tabolisme pour dilater le muscle lisse. Par rapport au sang art riel, le pH du CSFi est plus faible et la PCO2ishi gher, avec peu de tampon prot ique. PCO2, pression partielle du dioxyde de carbone. Les corps carotidien et aortique sont des chimior cepteurs p riph riques qui r pondent aux changements de PaO2 (et non de la teneur en O2), de PaCO2 et de pH, et transmettent des informations aff rentes au centre de contr le respiratoire central. Les chimior cepteurs p riph riques sont les seuls r pondre aux changements de PaO2. Les chimior cepteurs p riph riques sont galement responsables d'environ 40 % de la r ponse ventilatoire la PaCO2. Ces chimior cepteurs sont de petites structures hautement vascularis es. Ils sont constitu s de cellules de type I (glomus) riches en mitochondries et en r ticulum endoplasmique. Ils poss dent galement plusieurs types de granules cytoplasmiques (v sicules synaptiques) qui contiennent divers neurotransmetteurs, notamment la dopamine, l'ac tylcholine, la noradr naline et les neuropeptides. Les fibres nerveuses aff rentes se synapsent avec les cellules de type I et transmettent des informations au tronc c r bral via le nerf du sinus carotidien (corps carotidien) et le canal vague. L' quation de Henderson-Hasselbalch relie le pH du CSF la concentration de bicarbonate ([HCO3 ]) : o est le coefficient de solubilit (0,03 mmol/L/mmHg) et pKis le logarithme n gatif de la constante de dissociation pour l'acide bonique (6.1). The Henderson La v rification de Hasselbal d montre qu'une augmentation du CSFPCO2 entra ne une diminution du pH du LCR de tout [HCO 3 donn ]. La diminution du pH stimule les chimior cepteurs centraux et augmente ainsi la ventilation. Ainsi, le CO2 dans le sang r gule la ventilation par son effet sur le pH du LCR. De plus, la |
Physiologie de Ganong et Levy | dilatation c r brale accompagne une augmentation de la PaCO2, ce qui am liore la diffusion du CO2 dans le LCR. Les modifications de PaCO2 r sultant d'alt rations du pH activent des m canismes hom ostatiques qui ram nent le pH une valeur normale. La barri re h mato-enc phalique r gule le pH du LCR en ajustant la composition ionique et le [HCO3 ] du LCR. Ces modifications du LCR [HCO3 ] se produisent cependant lentement, sur une p riode de plusieurs heures, alors que les modifications de C La SFPCO2 peut survenir en quelques minutes. Ainsi, la compensation des modifications du pH du CSF n cessite des heures pour se d velopper. Plusieurs r flexes provenant de la paroi thoracique et des poumons affectent la ventilation et les sch mas ventilatoires ( Tableau 25.2 ). Le r flexe inspiratoire-inhibiteur de Hering-Breuer est stimul par des augmentations du volume pulmonaire, en particulier celles associ es une augmentation de la fr quence ventilatoire et du volume courant. Ce r flexe d' tirement est m di par les fibres vagales et par le nerf (corps aortique). Les cellules de type I sont les cellules principalement responsables de la d tection de la PaO2, de la PaCO2 et du pH. En r ponse une diminution, m me minime, de la PaO2, il y a une augmentation de la d charge des chimior cepteurs, ce qui am liore la respiration. La r ponse est robuste lorsque la PaO2 diminue en dessous de 75 mm Hg. Ainsi, la ventilation est r gul e par les modifications du pH art riel et du LCR via des effets sur les chimior cepteurs p riph riques et centraux ( 25.6 Fig. 25.6 La r ponse ventilatoire la pression partielle du dioxyde de carbone art riel (PaCO2) est affect e par la concentration d'hydrog ne ([H+]) dans le liquide c phalo-rachidien (LCR) et le liquide interstitiel du tronc c r bral. Lors d'une acidose m tabolique chronique (par exemple, ticket de diab te acidose), le [H+] dans le CSFi est augment et la r ponse ventilatoire la PaCO2 inspir e est augment e (pente raide). l'inverse, lors d'une calose m tabolique chronique (relativement faible). Dans des conditions courantes), le [H+] dans le CSFi est diminu et la r ponse ventilatoire la PaCO2 inspir e est diminu e (r duction de la pente). Les positions de ces lignes de r ponse sont galement d cal es, ce qui indique des seuils modifi s. Imaginez voler de New York Denver. La pression barom trique New York est d'environ 760 mm Hg, tandis que dans les montagnes entourant Denver, Colorado, elle est de 600 mm Hg. Au niveau de la mer, la PaO2 est d'environ 95 mm Hg et PAO2 = [(760 47) 0,21] [40/0,8]= 100 mmHg (selon l' quation alv olaire; voir ). Si la diff rence de PO2 alv olaire-art rielle [AaDO2] est de 5 mm Hg, PaO2 = 100 mm Hg 5 mm Hg = 95 mm Hg. Dans le LCR, le pH serait d'environ 7,33, la PaCO2 serait de 44 mm Hg (PaCO2 + Le CO2 produit par le m tabolisme des cellules c r brales), et le HCO3 seraient d'environ 22 mEq/L. votre arriv e Denver, il y a une diminution brutale de la pression partielle de l O2 inspir (PiO2) : PiO2 = (600 47) 0,21 = 116 mmHg ; Cette diminution de l'O2 art riel stimule les r cepteurs chimiop riph riques et augmente ainsi la ventilation. L'augmentation de l'inventilation diminue la PaCO2 et l ve le pH art riel. esto30mmHg. Ensuite PAO2= [(600 47) 0,21] [30/0,8]= 78mmHg, a12 mmHgaugmentation de PAO2. La diminution de la PaCO2 entra ne galement une diminution de la PCO2 du LCR. Comme [HCO3 ] est inchang , le pH du CSF augmente. Cette augmentation du pH du CSF att nue le taux de d charge des r cepteurs chimioth rapeutiques centraux et diminue leur rcontribution l'entra nement ventilatoire. Au cours des 12 36 heures suivantes, le [HCO3 ] dans le CSF diminue en tant que prot ines de transport d'acide base dans le sang la barri re c r brale r duit [HCO3 ]. En cons quence, le pH du CSF revient vers la normale. La charge discale des chimior cepteurs centraux augmente et la ventilation minute est encore augment e. estprogressivementexcr t duplasmaparlesreins.Celaentra neunretourprogressifdupHart rielversdesvaleursnormales. La stimulation des chimior cepteurs p riph riques augmente mesure que le pH art riel devient normal (les chimiocepteurs p riph riques ou les chimior cepteurs sont inhib s par le pH art riel lev ). Enfin, dans les 36 heures suivant l'arriv e haute altitude, la ventilation minute augmente de mani re significative. Cette r ponse retard e est sup rieure l'effet imm diat de l'hypox mie sur la ventilation. Son augmentation suppl mentaire de l'inventilation est due la stimulation des r cepteurs chimior cepteurs centraux et p riph riques. Ainsi, apr s 36 heures, les deux p Main CSF p Li vre se rapprochent des valeurs normales; la ventilation minute est augment e, la PaO2 est diminu e et la PaCO2 est diminu e. Vous rentrez maintenant chez vous. Lorsque vous atterrissez New York, la PiO2 revient une valeur normale et la stimulation hypoxique de la ventilation est supprim e. La PaO2 |
Physiologie de Ganong et Levy | revient une valeur normale et la stimulation des r cepteurs chimior cepteurs p riph riques pour la ventilation diminue. Cela provoque une augmentation du [CO2] art riel vers des valeurs normales, ce qui entra ne une augmentation du LCR [CO 2].Cetteaugmentationestassoci e unediminutiondupHofCSFas[HCO3 ]dansCSFisr duitetlaventilationestaugment e. ed.Au cours des 12 36 heures suivantes, les transporteurs acido-basiques de la barri re h mato-enc phalique transportent le HCO3 vers le LCR, et le pH du LCR revient progressivement vers des valeurs normales. De m me, le pH du sang diminue en tant que PaCO Cela stimule les chimior cepteurs p riph riques et la ventilation minute reste augment e. Au cours des 12 36 heures suivantes, le sang [HCO3 ] augmente dans les reins (voir ), la pH art rielle revient une valeur normale et la ventilation minute revient un niveau normal. provoqu e, elle entra ne l arr t de l inspiration en stimulant les neurones hors tension de la moelle. Ce r flexe est inactif lors d une respiration calme et semble tre plus important chez les nouveau-n s. La stimulation des r cepteurs nasaux ou faciaux avec de l'eau froide initie le r flexe de plong e. Lorsque ce r flexe est d clench , une apn e ou un arr t de la respiration et une bradycardie surviennent. Ce r flexe prot ge les individus de l aspiration d eau d s les premiers stades de la noyade. L'activation des r cepteurs du nez est responsable du r flexe d' ternuement. Le r flexe d'aspiration ou de reniflement peut tre provoqu par la stimulation des r cepteurs m caniques du nasopharynx et du pharynx. Il s agit d un effort inspiratoire puissant et de courte dur e qui am ne la mati re du nasopharynx au pharynx, o elle peut tre aval e ou crach e. Les r cepteurs m caniques responsables du r flexe de reniflement jouent galement un r le important dans la d glutition en inhibant la respiration et en provoquant la fermeture du larynx. Pour des raisons anatomiques, seuls les nouveau-n s peuvent respirer et avaler simultan ment, ce qui permet une ingestion plus rapide des nutriments. Le larynx contient des r cepteurs superficiels et profonds. L'activation des r cepteurs superficiels entra ne de l'apn e, de la toux et des mouvements expiratoires qui prot gent les voies respiratoires inf rieures de l'aspiration de corps trangers. Les r cepteurs profonds sont situ s dans les muscles squelettiques du larynx et contr lent l activation des fibres musculaires, comme dans les autres muscles squelettiques. Trois principaux types de r cepteurs sensoriels situ s dans l arbre trach obronchique r pondent une vari t de stimuli diff rents, et ces r ponses entra nent des modifications des propri t s m caniques du poumon, des alt rations du sch ma respiratoire et le d veloppement de sympt mes respiratoires. La poussi re inhal e, les gaz nocifs et la fum e de cigarette stimulent les r cepteurs irritants de la trach e et des grandes voies respiratoires qui transmettent l'information via les fibres aff rentes vagales my linis es. La stimulation de ces r cepteurs entra ne une augmentation de la r sistance des voies respiratoires, de l'apn e r flexe et de la toux. Ces r cepteurs sont galement connus sous le nom de r cepteurs d tirement pulmonaire adaptation rapide. Les r cepteurs d' tirement pulmonaire qui s'adaptent lentement r pondent une stimulation m canique et sont activ s par le gonflement des poumons. Ils transmettent galement des informations via des fibres aff rentes my linis es et vagales. L augmentation du volume pulmonaire chez les personnes atteintes de BPCO stimule ces r cepteurs d tirement pulmonaire et retarde le d but du prochain effort inspiratoire. Ceci explique l effort expiratoire long et lent chez les individus affect s, et il est essentiel de minimiser la compression dynamique et expiratoire des voies respiratoires. De plus, des r cepteurs sensoriels sp cialis s situ s dans le parenchyme pulmonaire r pondent une stimulation chimique ou m canique dans l'interstitium pulmonaire. Ces r cepteurs sont appel s r cepteurs juxta-alv olaires (ou J). Ils transmettent leur apport aff rent travers des fibres C vagales non my linis es. Ils peuvent tre responsables de la sensation de dyspn e (essoufflement anormal) et des sch mas ventilatoires rapides et superficiels qui se produisent dans l d me pulmonaire interstitiel et dans certains tats pulmonaires inflammatoires. VO2 (L/min) . 1 1,5 2 VCO2 . PaCO2 pH Ventilation PaO2 Lactate Fig. 25.8 Les deux principales cat gories d'apn e du sommeil. A, Obstru En cas d'apn e du sommeil, les oscillations de la pression pleurale augmentent mesure que le niveau de CO2 augmente. Cela indique que la r sistance au flux d'air est tr s lev e en raison de l'obstruction des voies respiratoires sup rieures. Le sommeil central est caract ris par aucune tentative de respiration, comme le d montre l'absence d'oscillations de la pression pleurale. Figue. 25.7 Consommation d'oxyg ne (V O2 |
Physiologie de Ganong et Levy | ) en fonction des changements m taboliques qui se produisent pendant l'exercice. Le seuil ana robie (fl che) est le point auquel les variables illustr es changent et est due l'acidose lactique. PaCO2, pression partielle du dioxyde de carbone art riel ; PaO2, pression partielle de l'oxyg ne art riel ; VCO2, consommation de dioxyde de carbone. Les r cepteurs somatiques sont galement situ s dans les muscles intercostaux, les articulations des c tes, les muscles accessoires de la respiration et les tendons, et ils r pondent aux changements de longueur et de tension des muscles respiratoires. Bien qu ils ne contr lent pas directement la respiration, ils fournissent des informations sur le volume pulmonaire et jouent un r le dans l arr t de l inspiration. Ils sont particuli rement importants chez les personnes pr sentant une r sistance accrue des voies respiratoires et une diminution de la compliance pulmonaire, car ils peuvent augmenter la force musculaire au cours d'une m me respiration. Les r cepteurs somatiques aident galement minimiser la distorsion de la paroi thoracique lors de l'inspiration chez les nouveau-n s, qui ont une cage thoracique tr s souple. La capacit faire de l exercice d pend de la capacit des syst mes cardiaque et respiratoire augmenter l apport d O2 aux tissus et liminer le CO2 du corps. La ventilation augmente imm diatement lorsque l'exercice commence, et cette augmentation de la ventilation minute correspond troitement aux augmentations de la consommation d'O2 et de la production de CO2 qui accompagnent l'exercice ( Figure 25.7 ). La ventilation est lin airement li e la fois la production de CO2 et la consommation d'O2 des niveaux faibles mod r s (voir Figure 25.7 ). Lors d'un exercice maximal, une personne en bonne forme physique peut atteindre une consommation d'O2 de 4 L/minute avec un volume de ventilation minute de 120 L/minute, soit pr s de 15 fois le niveau de repos. L'exercice est remarquable en raison de l'absence de changements significatifs dans les gaz du sang. Sauf lors d un effort maximal, les modifications de PaCO2 et PaO2 sont minimes pendant l exercice. Le pH art riel reste dans les valeurs normales pendant un exercice mod r . Lors d un exercice intense, le pH art riel commence baisser mesure que l acide lactique est lib r par les muscles au cours du m tabolisme ana robie. Cette diminution du pH art riel stimule une ventilation hors de proportion avec le niveau d exercice. Le niveau d exercice auquel commence une acidose m tabolique (lactique) soutenue est appel seuil ana robie (voir Figure 25.7 Anomalies dans le contr le de la respiration Des modifications du sch ma ventilatoire peuvent survenir pour des raisons primaires et secondaires. Pendant le sommeil, environ un tiers des individus normaux pr sentent de brefs pisodes d'apn e ou d'hypoventilation qui n'ont aucun effet significatif sur la PaO2 ou la PaCO2. L'apn e dure g n ralement moins de 10 secondes et survient dans les stades les plus l gers du sommeil lent et mouvements oculaires rapides (REM). Dans les syndromes d apn e du sommeil, la dur e de l apn e est anormalement prolong e et modifie la PaO2 et la PaCO2. Il existe deux grandes cat gories d'apn e du sommeil ( Figure 25.8 ). Le premier, l apn e obstructive du sommeil (AOS), est le syndrome d apn e du sommeil le plus courant et survient lorsque les voies respiratoires sup rieures (g n ralement l hypopharynx) se ferment pendant l inspiration. Bien que le processus soit similaire celui qui se produit lors du ronflement, il est plus grave, dans la mesure o il obstrue les voies respiratoires et provoque l arr t du flux d air. Le deuxi me syndrome d apn e du sommeil est l apn e centrale du sommeil. Cette variante de l'apn e se produit lorsque la pouss e ventilatoire vers Les ant c dents cliniques des personnes atteintes de SAOS sont tr s similaires. Le conjoint signale g n ralement que les personnes atteintes font des minerais. Les ronflements deviennent de plus en plus forts, puis s'arr tent pendant que la personne continue de faire des efforts respiratoires vigoureux (voir Figure 25.8 ).L'individu se r veille ensuite, se rendort et continue le m me processus de mani re r p titive tout au long de la nuit. Les individus atteints d'AOS se r veillent lorsque l'hypox mie art rielle et l'hypercapnie stimulent la fois les chimior cepteurs p riph riques et centraux. des centaines d' v nements chaque nuit qui interrompent le sommeil. Les complications du SAOS comprennent le manque de sommeil, la polycyth mie, insuffisance cardiaque lat rale (corpulmonale) et hypertension pulmonaire secondaire des v nements hypoxiques r currents. La SG est fr quente chez les personnes ob ses et chez celles pr sentant une observance excessive de l'hypopharynx, un ema des voies respiratoires sup rieures et des anomalies structurelles des voies respiratoires sup rieures. les motoneurones respiratoires diminuent. Les personnes sou |
Physiologie de Ganong et Levy | ffrant d'apn e centrale du sommeil ont des pisodes d'apn e r p t s, pendant lesquels ils ne font aucun effort respiratoire, chaque nuit (voir Figure 25.8 ). Le degr d'hypercapnie et d'hypox mie chez les personnes souffrant d'apn e centrale du sommeil est inf rieur celui des personnes souffrant d'AOS, mais les m mes complications (par exemple, polyglobulie) peuvent survenir lorsque l'apn e centrale du sommeil est r currente et grave. La ventilation de Cheyne-Stokes est une autre anomalie respiratoire caract ris e par une variation du volume courant et de la fr quence ventilatoire ( Figure 25.9 ). Apr s une p riode d apn e, le volume courant et la fr quence respiratoire augmentent progressivement sur plusieurs respirations, puis diminuent progressivement jusqu la r apparition de l apn e. Ce rythme respiratoire irr gulier est observ chez certaines personnes souffrant de maladies du syst me nerveux central, de traumatisme cr nien et d'augmentation de la pression intracr nienne. Il est galement pr sent occasionnellement chez des individus normaux pendant leur sommeil haute altitude. Le m canisme sous-jacent la respiration de Cheyne-Stokes n'est pas connu. Chez certains individus, cela semble tre d un flux sanguin lent dans le cerveau associ des p riodes d effort ventilatoire excessif et insuffisant en r ponse des modifications de la PCO2. L hypoventilation alv olaire centrale, galement connue sous le nom de mal diction d Ondine, Il s'agit d'une maladie dans laquelle la respiration volontaire est intacte, mais il existe des anomalies d'automaticit . Il s'agit du syndrome de sommeil central le plus grave. En cons quence, les personnes souffrant d'hypoventilation v olaire centrale peuvent respirer tant qu'elles ne s'endorment pas. Pour ces personnes, une ventilation m canique ou, plus r cemment, une stimulation diaphragmatique bilat rale (semblable un stimulateur cardiaque) peut sauver des vies. La respiration apneustique est un autre sch ma respiratoire anormal caract ris par des p riodes d'inspiration prolong es s par es par de br ves p riodes d'expiration ( 25.10, C Fig. 25,9 Dans la respiration de Cheyne-Stokes, le volume courant et, par cons quent, les niveaux de gaz du sang art riel augmentent et diminuent. En g n ral, Cheyne La respiration de Stokes est un signe d'instabilit vasomotrice, en particulier un d bit cardiaque faible. PaCO2, pression partielle du dioxyde de carbone art riel ; PaO2, pression partielle de l'oxyg ne art riel. Volume pulmonaireSupprimer les informations du cortex, du thalamus et des nerfs vagues A B Supprimer les informations sensorielles des poumons Fig. 25.10 Quelques sch mas de respiration. UN, Le rythme respiratoire normal est compris entre 12 et 20 respirations par minute. B, Lorsque les informations sensorielles sont supprim es de divers r cepteurs pulmonaires (principalement l' tirement), chaque cycle respiratoire est allong et le volume courant est augment , de sorte que la ventilation alv olaire n'est pas affect e de mani re significative. Lorsque les apports du cortex c r bral et du thalamus sont galement limin s, ainsi que le blocage vagal, il en r sulte une activit inspiratoire interrompue apr s plusieurs secondes par de br ves expirations (apneusis). Le m canisme sous-jacent ce sch ma ventilatoire semble tre une perte des activit s inspiratoires-inhibitrices qui entra ne une augmentation de la pulsion inspiratoire. Ce ph nom ne se produit parfois chez les personnes pr sentant une l sion du syst me nerveux central. Syndrome de mort subite du nourrisson Le SMSN est la cause la plus fr quente de d c s chez les nourrissons au cours de la premi re ann e de vie apr s la p riode p rinatale. Bien que la cause du SMSN ne soit pas connue, des anomalies du contr le inventilatoire, en particulier en 1. Le contr le ventilatoire est compos du centre de contr le respiratoire, des chimior cepteurs centraux, des chimior cepteurs p riph riques et des m canor cepteurs/nerfs sensoriels pulmonaires. La PaCO2 est le principal facteur qui influence la ventilation. 2. Le centre de contr le respiratoire est compos du groupe respiratoire dorsal et du groupe respiratoire ventral. La respiration rythmique d pend d'une pouss e inspiratoire continue (tonique) du groupe respiratoire dorsal et d'un apport expiratoire intermittent (phasique) du cerveau, du thalamus, des nerfs cr niens et des voies sensorielles ascendantes de la moelle pini re. Les chimior cepteurs p riph riques et centraux r pondent aux changements de PaCO2 et de pH. Les chimior cepteurs p riph riques (corps carotidien et aortique) sont les seuls chimior cepteurs qui r pondent aux changements de PaO2. Calverley PMA, Koulouris NG. Limitation du d bit et hyperinflation dynamique : concepts cl s de la physiologie respiratoire moderne. Eur Respir J. 2005;25:186-199. Mise en conserve BJ. Nerfs aff rents r gulant le r flexe de toux : m canismes et m diateurs de la toux dans la maladi |
Physiologie de Ganong et Levy | e. Otolaryngol Clin N Am. 2010;43 : 15-25. Leff AR, Schumacker PT. Physiologie respiratoire : bases et applications. Philadelphie : WB Saunders ; 1993. Nishino T. M canismes sous-jacents et traitement de la dyspn e. F. J Anaesth. 2011;106 : 463-474. La r activit au CO2 a t impliqu e. Placer les nourrissons sur le dos pour dormir (ce qui r duit le potentiel de r inspiration du C O2) a consid rablement diminu (mais pas limin ) le taux de d c s dus ce syndrome. 3. L'hypoxie aigu et l'hypoxie chronique affectent la respiration diff remment car les ajustements lents du LCR [H+] dans l'hypoxie chronique modifient la sensibilit au CO2. 4. Les r cepteurs irritants prot gent les voies respiratoires inf rieures des particules, des vapeurs chimiques et des facteurs physiques, principalement en provoquant la toux. Les r cepteurs de la fibre C J dans les unit s respiratoires terminales sont stimul s par la distorsion des parois alv olaires (par congestion pulmonaire ou d me). 5. Les deux anomalies cliniques respiratoires les plus importantes sont l apn e obstructive et centrale du sommeil. 6. La PaO2, la PaCO2 et le pH restent dans les limites normales pendant un exercice mod r ; cependant, lors d'un exercice intense, le pH diminue, ce qui stimule la ventilation, alors que la PaO2 et la PaCO2 restent relativement normales. Otis AB. Une perspective de la m canique respiratoire. J Appl Physiol. 1983;54 : 1183-1187. Sheel AW, Romer LM. Ventilation et m canique respiratoire. Compr Physiol. 2012;2:1093-1142. Wasserman K, Beaver WL et Whipp BI. Th orie des changes gazeux et seuil d acidose lactique (ana robie). Circulation. 1990;81(1 suppl ment):1114-1130. Vin JJ. Contr le parasympathique des glandes sous-muqueuses des voies respiratoires : r flexes centraux et syst me nerveux intrins que des voies respiratoires. Auton Neurosci. 2007;133 : 35-54. A la fin de ce chapitre, l' tudiant doit tre capable de r pondre aux questions suivantes : 1. D crire les composants du syst me de clairance mucociliaire et leur r le dans l' limination des substances et particules x nobiotiques. 2. Expliquer comment les caract ristiques et propri t s des particules influencent leur d p t et leur clairance. 3. Comparez et contrastez les principaux m canismes de d p t de particules. 4. Comparez et contrastez les r ponses immunitaires muqueuses et syst miques. 5. D crire les caract ristiques uniques de l'immunoglobuline A et pourquoi elle est bien adapt e l'environnement et la protection des muqueuses. 6. Comparez et contrastez les cellules immunitaires adaptatives et inn es du syst me respiratoire. 7. D crire les diff rents processus m taboliques dans les poumons. En plus de leur fonction premi re d' change gazeux, les poumons agissent comme une barri re principale entre le monde ext rieur et l'int rieur du corps, avec des fonctions de d fense de l'h te. Ce sont galement des organes actifs dans le m tabolisme des compos s x nobiotiques et endog nes. Pour faire face l inhalation de substances trang res, le syst me respiratoire et, en particulier, les voies respiratoires conductrices ont d velopp des caract ristiques structurelles uniques : le syst me de clairance mucociliaire et des m canismes sp cialis s de r ponse immunitaire adaptative et inn e. Le syst me de clairance mucociliaire prot ge les voies respiratoires conductrices en pi geant et en liminant les virus et bact ries pathog nes inhal s, en plus des particules non toxiques et toxiques (par exemple, pollen, cendres, poussi res min rales, spores de moisissures et particules organiques), des poumons. Ces particules sont inhal es chaque respiration et doivent tre limin es. Les trois principaux composants du syst me de clairance mucociliaire sont deux couches de liquide, appel es couches de sol (liquide p riciliaire) et de gel (mucus), et des cils, qui sont positionn s la surface des cellules pith liales bronchiques ( Figure 26.1 ). Le mat riau inhal est pi g sur la couche de mucus visco lastique (collante), tandis que le liquide p riciliaire aqueux permet aux cils de se d placer librement et d' tablir un flux ascendant pour liminer les particules des poumons. Une clairance efficace n cessite la fois une activit ciliaire et un quilibre appropri entre le liquide p riciliaire et le mucus. La couche de liquide p riciliaire est compos e de liquide s reux non visqueux, produit par les cellules pith liales cylindriques cili es pseudostratifi es qui tapissent les voies respiratoires. Ces cellules ont la capacit de s cr ter du liquide, un processus m di par l'activation du r gulateur transmembranaire de la mucoviscidose. (CFTR) canaux ioniques chlorure (Cl (la s cr tion de Na+ suit passivement entre les cellules travers les jonctions serr es) ou r absorber le liquide, un processus qui est m di par l'activation des canaux sodiques pith liaux (ENaC ; l'absorption de Cl suit passivement entre les cellules travers les jonctions se |
Physiologie de Ganong et Levy | rr es). jonctions). La s cr tion ou la r absorption de NaCl tablit temporairement un gradient osmotique travers l' pith lium pseudostratifi , qui constitue la force motrice du mouvement passif de l'eau. L' quilibre entre la s cr tion de Cl m di e par CFTR et l'absorption de Na+ m di e par ENaC est r gul e par diverses hormones et d termine le volume du liquide p riciliaire, qui dans le poumon sain a une profondeur de 5 6 m, un niveau optimal pour les battements rythmiques. des cils et de la clairance mucociliaire. La couche de mucus se trouve au-dessus de la couche de liquide p riciliaire et est compos e d'un m lange complexe de macromol cules et d' lectrolytes. Parce que la couche de mucus est en contact direct avec l air, elle emprisonne les substances inhal es, notamment les agents pathog nes. La couche de mucus est principalement constitu e d'eau (95 97 %), d'une paisseur de 5 10 m et existe sous forme d'une couverture discontinue (c'est- -dire des lots de mucus). Le mucus a une faible viscosit et une lasticit lev e et est compos de glycoprot ines avec des groupes d'oligosaccharides attach s un squelette prot ique. Sain Fig. 26.1 Aper u de la muqueuse pith liale et de l'innervation de l'arbre trach obronchique. Les cils des cellules pith liales r sident dans la couche de liquide p riciliaire et la couche de mucus sur le dessus. Entre les cellules pith liales h cili es se trouvent des cellules s cr trices de surface (gobelet) et des glandes sous-muqueuses. Des fibres nerveuses sympathiques et parasympathiques descendent dans les glandes sous-muqueuses et les muscles lisses. Fibrose kystique (FK) est la maladie h r ditaire mortelle la plus courante chez les personnes blanches. Il s'agit d'une maladie autosomique r cessive caus e par des mutations dans le CFTR. g ne. Il se caract rise par une infection bact rienne chronique des poumons, un d clin progressif de la fonction pulmonaire et une d pression pr matur e d'une moyenne de 38 ans. Plus de 1 000 mutations du CFTR g ne ont t d crits, mais 70 % des individus affect s ont une d l tion de la ph nylalanine au codon 508 ( F508-CFTR) dans au moins un all le. Cette mutation entra ne un manque de s cr tion de Cl et une augmentation de la r absorption de Na+ m di e par ENaC, ce qui entra ne une r duction du volume du liquide p riciliaire. Une tude d taill e des diff rentes mutations CFTR a abouti une compr hension de divers ph notypes li s la maladie, dont certains sont associ s une maladie plus b nigne et d'autres une maladie plus grave. Depuis les ann es 1980, les r sultats de la recherche ont lucid combien des mutations les plus courantes du g ne CFTR provoquent la mucoviscidose, ce qui a conduit au d veloppement de m dicaments qui ciblent des mutations sp cifiques et inversent environ les mutations produites par les individus. 100 ml de mucus chaque jour. Quatre types de cellules contribuent la quantit et la composition de la couche de mucus : les cellules caliciformes et les cellules de Clara au sein de l' pith lium trach obronchique, et les cellules muqueuses et les cellules s reuses au sein des glandes sous-muqueuses trach obronchiques. Les cellules caliciformes, galement appel es cellules s cr toires de surface, repr sentent environ 15 20 % de l' pith lium trach obronchique et se retrouvent dans l'arbre trach obronchique jusqu' la 12 me division. Dans de nombreuses maladies respiratoires, les cellules caliciformes apparaissent plus bas dans l'arbre trach obronchique ; ainsi, les voies respiratoires plus petites sont plus susceptibles une obstruction, une r duction progressive de la fonction pulmonaire. Par exemple, dans une mutation (G551D CFTR, qui affecte environ 5 % des patients atteints de mucoviscidose), le CFTRCl Le canal atteint la membrane plasmique des cellules pith liales des voies respiratoires mais ne s cr te pas de Cl . Gr ce un m dicament de pr cision, un m dicament, l'ivacaftor (Kalydeco), il a t d couvert qu'il stimule la s cr tion de Cl via le G551D CFTR, am liorant ainsi la fonction pulmonaire et diminuant le taux de progression de la maladie. En raison de la mutation F508CFTR (qui affecte environ 50 % des patients atteints de mucoviscidose), le canal CFTRCl n'atteint pas la membrane plasmique des cellules pith liales des voies respiratoires. En 2015, la Food and Drug Administration des tats-Unis a approuv une th rapie m dicamenteuse combin e, lumacaftor/ivacaftor (Orka mbi), qui s'est av r e efficace pour corriger le d faut g n tique, augmenter la quantit de F508- CFTR dans la membrane plasmique et am liorer le Cl Il a t d montr cliniquement que le hivacaftor et le lumacaftor/ivacaftor am liorent consid rablement la fonction pulmonaire et diminuent le taux de d clin de la fonction pulmonaire. par le colmatage du mucus. Les cellules caliciformes s cr tent des glycoprot ines neutres et acides riches en acide sialique en r ponse des stimuli chimiques. En |
Physiologie de Ganong et Levy | pr sence d'infection ou de fum e de cigarette ou chez les patients souffrant de bronchite chronique, les cellules caliciformes peuvent augmenter en taille et en nombre, s' tendre au-dessus de la 12e division de l'arbre trach obronchique et s cr ter de grandes quantit s de mucus. Les blessures et les infections augmentent la viscosit du mucus s cr t par les cellules caliciformes, ce qui r duit la clairance mucociliaire des particules et des agents pathog nes inhal s. Les glandes trach obronchiques sous-muqueuses sont pr sentes partout o il y a du cartilage dans les r gions sup rieures des voies respiratoires conductrices, et elles s cr tent de l'eau, des ions et du mucus dans la lumi re des voies respiratoires travers un canal cili (voir Figure 26.1 ). Bien que les cellules muqueuses et s reuses s cr tent du mucus, leur structure cellulaire et la composition de leur mucus sont nettement diff rentes ( Tableau 26.1 ). Dans plusieurs maladies pulmonaires, y compris la bronchite chronique, le nombre et la taille des glandes sous-muqueuses augmentent, ce qui entra ne une augmentation de la production de mucus, des modifications de la composition chimique du mucus (c'est- -dire une viscosit accrue et une diminution de l' lasticit ) et la formation de bouchons muqueux qui provoquer une obstruction des voies respiratoires. La s cr tion de mucus des glandes trach obronchiques sous-muqueuses est stimul e par des compos s parasympathiques (cholinergiques) tels que l'ac tylcholine et la substance P et inhib e par des compos s sympathiques (adr nergiques) tels que la noradr naline et le polypeptide intestinal vasoactif. Les m diateurs inflammatoires locaux tels que les m tabolites de l histamine et de l acide arachidonique stimulent galement la production de mucus. Les cellules de Clara, situ es dans l' pith lium des bronchioles, contribuent galement la composition du mucus par la s cr tion d'une mati re non mucineuse contenant des glucides et des prot ines. Ces cellules jouent un r le dans la r g n ration bronchique apr s une blessure. Comme indiqu pr c demment, les voies respiratoires jusqu'au niveau des bronchioles sont bord es par un pith lium cylindrique cili pseudostratifi (voir Figure 26.1 ). Ces cellules maintiennent le niveau du liquide p riciliaire dans lequel fonctionnent les cils et le syst me de transport mucociliaire. Le mucus et les particules inhal es sont limin s des voies respiratoires par les battements rythm s des cils. Il y a environ 250 cils par cellule pith liale des voies respiratoires, et chacun mesure de 2 5 m de longueur. Les cils sont compos s de neuf doublets microtubulaires qui entourent deux microtubules centraux maintenus ensemble par des bras de dyn ine, des maillons de nexine et des rayons. Le doublet central de microtubules contient une ad nosine triposphatase (ATPase) responsable du battement contractile du cil. Les cils battent avec une oscillation coordonn e selon un rythme caract ristique, biphasique et ondulatoire appel m tachronisme. Ils ont battu environ Les crachats contiennent du mucus attendu. Cependant, en plus du mucus, les crachats contiennent des prot ines, des lipides, des lectrolytes, du Ca++, de l'ADN provenant de globules blancs d g n r s (collectivement appel s bronches). s cr tions), et les s cr tions extrabronchiques, y compris les s cr tions nasales, orales, linguales, pharyng es et salivaires. La couleur des crachats est plus troitement corr l e la dur e de pr sence dans les voies respiratoires inf rieures qu' la pr sence d'une infection. Bien qu'elle ne soit pas identifiable avec pr cision avec le diagnostic de la maladie, la couleur des crachats m peut tre informatif pour aider diagnostiquer et d terminer le stade de la maladie. Le mucus a de nombreuses couleurs : blanc, jaune, vert, rouge, rose, marron, gris et noir. La coloration est g n ralement due au type de cellules pr sentes dans les voies respiratoires (cellules inflammatoires, telles que les neutrophiles, les or osinophiles ou les globules rouges) et depuis combien de temps elles sont l . Blanc clair ou trouble Cependant, si la quantit et l' paisseur sont augment es, cela peut repr senter un signe pr coce d'infection. Un mucus blanc et pais peut tre la seule caract ristique identifiable du reflux gastro- sophagien provoqu par le flux de l'acide gastrique dans les voies respiratoires. La coloration du mucus est due la pr sence et la d gradation des neutrophiles et des osinophiles lors de maladies infectieuses et allergiques. Le jaune est g n ralement associ des maladies plus graves (infection, allergie) et le vert indique g n ralement une plus grande maladie. stade chronique avec pr sence de bact ries (bronchite chronique, bronchectasie, fibrose kystique et abc s pulmonaire). Le mucus indique la pr sence de globules rouges dans les voies respiratoires et est associ la pneumonie pneumocoque, au cancer du poumon, la tuberculose et l'embo |
Physiologie de Ganong et Levy | lie pulmonaire. Le mucus est g n ralement associ la d gradation des osinophiles chez les personnes allergiques. Le mucus gris, brun et noir est souvent associ au tabagisme de cigarette ou de marijuana, la coca ne, la pollution de l'air (environnement de travail, comme les mines d'alcool) et au sang ancien. 1000 coups par minute, avec un mouvement avant puissant et un retour lent ou un mouvement de r cup ration. Au cours de leur course vers l'avant, les pointes des cils s' tendent vers le haut dans la couche de mucus visqueux et la d placent ainsi que les particules pi g es. Au rythme inverse, les cils lib rent le mucus et se retirent compl tement dans la couche de sol. Les cils du nasopharynx battent dans la direction qui propulse le mucus dans le pharynx, tandis que les cils de la trach e propulsent le mucus vers le pharynx, o il est aval . En g n ral, le d p t de particules dans les poumons d pend de la taille, de la densit et de la forme des particules ; la distance qu'il doit parcourir ; vitesse du flux d'air ; et l'humidit relative de l'air. Les quatre principaux m canismes de d p t sont l'impaction, la s dimentation, l'interception et le mouvement brownien. Les caract ristiques et propri t s des particules qui influencent le m canisme de d p t sont r pertori es en 26.2. En g n ral, les particules sup rieures 10 m se d posent par impaction dans les voies nasales et ne p n trent pas dans les voies respiratoires inf rieures. Particules de 2 10 m S dimentation0,2 2,0InterceptionNAMouvement brownien<0,2 NA, sans objet. se d posent dans les voies respiratoires inf rieures principalement par impaction inertielle aux points de flux d'air turbulent (c'est- -dire le nasopharynx, la trach e et les bronches) et aux bifurcations des voies respiratoires, car leur tendance se d placer dans une direction droite les emp che de changer rapidement de direction. Dans les zones plus distales, o le flux d'air est plus lent, des particules plus petites (0,2 2 m) se d posent la surface par s dimentation sous l'effet de la gravit . Pour les substances de forme allong e (c'est- -dire l'amiante, la silice), le m canisme de d p t est l'interception. Le centre de gravit de la particule allong e est compatible avec le flux d air ; cependant, lorsque l'extr mit distale des particules entre en contact avec une couche de cellules ou de mucus, le d p t est facilit . Les particules inf rieures 0,2 m se d posent dans les petites voies respiratoires et les alv oles et sont principalement influenc es par leur coefficient de diffusion et leur mouvement brownien. Contrairement au d p t de particules plus grosses dans les voies respiratoires sup rieures, la densit des particules n influence pas la diffusion de ces particules plus petites, et le d p t est accru lorsque la taille diminue. Ces particules plus petites entrent en contact avec l' pith lium alv olaire, o les cils et le syst me de transport mucociliaire n'existent pas ; ainsi, ils sont limin s par l'activit phagocytaire des macrophages alv olaires ou par absorption dans l'interstitium avec limination ult rieure par drainage lymphatique. Bien que la plupart des macrophages alv olaires soient adjacents l' pith lium de l'alv ole, certains sont situ s dans les voies respiratoires terminales et l'espace interstitiel. Dans les voies respiratoires conductrices, le syst me de clairance mucociliaire transporte les particules d pos es des bronchioles terminales vers les voies respiratoires principales, o elles sont crach es et soit expector es, soit aval es. Les particules d pos es peuvent tre limin es en quelques minutes ou quelques heures. Dans la trach e et les bronches principales, la vitesse de clairance des particules est de 5 20 m/minute, mais elle est plus lente dans les bronchioles (0,5 1 m/minute). En g n ral, plus une mati re inhal e reste longtemps dans les voies respiratoires, plus grande est la probabilit qu'elle provoque des l sions pulmonaires. La r gion allant des bronchioles terminales aux alv oles est d pourvue de cellules cili es et est consid r e comme le talon d Achille dans ce qui est par ailleurs un syst me tr s efficace. Le taux relativement lent de clairance des particules dans cette zone, qui est m di e par les macrophages, en fait la localisation la plus courante de nombreuses maladies pulmonaires professionnelles. Dans certaines maladies pulmonaires, par exemple celles provoqu es par l'inhalation de particules de silice (silicose) ou des particules de poussi re de charbon (pneumoconiose, la maladie du poumon noir des mineurs de charbon) Les macrophages alv olaires phagocytent les particules mais sont incapables de les d truire, et les macrophages finissent par le devenir. Les macrophages alv olaires ont localis et concentr les particules dans la r gion du talon d'Achille du poumon. La r ponse mmatoire conduit une l sion de type granulomateuse avec fibrose, qui est une maladie pulmonair |
Physiologie de Ganong et Levy | e restrictive. La silicose et l'oconiose pneumatique sont des exemples classiques de maladies provenant d'une exposition environnementale sur le lieu de travail. Syst me immunitaire muqueux : immunit adaptative et inn e Dans les tissus non muqueux (par exemple, rate, foie, rein), la principale d fense de l organisme est la r ponse immunitaire proinflammatoire adaptative classique, sp cifique de l antig ne, orchestr e dans les ganglions lymphatiques drainants locaux avec un flux lymphatique aff rent et eff rent. Les principales cellules immunitaires adaptatives du syst me immunitaire syst mique sont les lymphocytes T dot s de r cepteurs de lymphocytes T (cellules T TCR ) pour la reconnaissance d'antig nes sp cifiques et les lymphocytes B plasmatiques qui synth tisent les immunoglobulines M (IgM) et les immunoglobulines G (IgG) se liant au compl ment. peut provoquer une inflammation. Cependant, les tissus muqueux (c'est- -dire ceux des syst mes respiratoire, gastro-intestinal et urinaire, ainsi que les yeux, le nez, la gorge et la bouche) doivent constamment faire la distinction entre ce qui est nocif et ce qui ne l'est pas, et bien que l'inflammation soit protectrice, elle perturbe g n ralement les processus physiologiques normaux et n est souhaitable que si cela est absolument n cessaire. En cons quence, les tissus muqueux ont d velopp des m canismes de d fense non inflammatoires sp cialis s, qui constituent la base du syst me immunitaire muqueux et peuvent fonctionner ind pendamment du syst me immunitaire syst mique. Le syst me immunitaire des muqueuses contient la fois des cellules lympho des inn es sp cialis es (macrophages, cellules tueuses naturelles, cellules dendritiques [DC]) et des lymphocytes T adaptatifs dot s de r cepteurs de lymphocytes T (cellules T TCR ) et de lymphocytes B plasmatiques qui synth tisent l'immunoglobuline A (IgA), un anticorps non classique se liant au compl ment. Ces r ponses adaptatives inn es et uniques peuvent pr venir ou limiter les r ponses aux agents trangers non pathologiques tout en liminant les agents/substances pathologiques avec peu ou pas d'inflammation. De plus, si ce syst me de d fense de premi re ligne choue ou est contourn , les poumons disposent d'un syst me de r ponse immunitaire adaptative classique dans lequel le drainage lymphatique s'effectue via le ganglion lymphatique m diastinal situ dans la r gion sup rieure de la cavit thoracique, adjacente au ganglion lymphatique principal gauche. bifurcation du poumon droit. Une caract ristique distinctive du syst me immunitaire muqueux est que les antig nes sont trait s par des agr gats lympho des plut t que par un v ritable ganglion lymphatique. Contrairement un v ritable ganglion lymphatique, qui a un flux lymphatique aff rent et eff rent, les agr gats lympho des n'ont qu'un drainage aff rent de mati re dans l'agr gat sans flux eff rent. Ce r seau lympho de est commun ment appel lympho de associ la muqueuse. tissu (MALT); dans le tractus gastro-intestinal, on l appelle tissu lympho de associ l intestin (GALT) ; et dans les poumons, on l'appelle tissu lympho de associ aux bronches (BALT ; Figure 26.2 ). Le BALT est pr sent dans les voies respiratoires conductrices, o l' pith lium est compos principalement de cellules cili es avec un flux de mucus constant. Cependant, une caract ristique int ressante du BALT est que son pith lium des voies respiratoires n est pas cili ; on l'appelle lympho pith lium, qui cr e une interruption du flux de mucus (comme un drain) et permet aux substances/particules d' tre trait es dans l'agr gat lympho de (ou follicule). Il appara t qu'il existe une communication entre les tissus muqueux et que la sensibilisation via un organe est transpos e tous les tissus MALT/BALT via un r seau de drainage de type lymphatique. Le syst me immunitaire syst mique et le MALT/BALT peuvent fonctionner ind pendamment l un de l autre, et le fait que l un soit sensibilis peut ne pas tre vrai pour l autre. Cela peut servir de m canisme de d fense en limitant la sensibilisation aux seuls tissus muqueux. Les lymphocytes se regroupent galement en nombre et en densit moindres dans ce que l'on appelle le tissu lympho de ectopique tertiaire (TELT), dans lequel ils peuvent galement traiter les antig nes (voir Figure 26.2, A ). Une autre caract ristique importante est un r seau diffus sous-muqueux et intra pith lial de lymphocytes solitaires et de cellules lympho des inn es dispers es dans les voies respiratoires. Parce que j'ai inhal les particules sont largement dispers es dans les voies respiratoires, chaque type de cellules et de tissus lympho des (BALT, TELT et lymphocytes solitaires) joue un r le important et unique dans la d fense globale des poumons. L'une des caract ristiques sp cialis es du MALT, du GALT et du BALT est un syst me d'anticorps unique dans lequel des caract ristiques sp cialis es Fig. 26.2 Repr sentation du tissu lympho de associ aux bronc |
Physiologie de Ganong et Levy | hes (BALT)/du tissu lympho de ectopique tertiaire (TELT), des cellules M et des immunoglobulines a (IgA) Synth se. Les cellules A, M situ es dans l' pith lium muqueux endocytosent l'antig ne dans la lumi re et le transportent pour le traitement des poches sous-muqueuses peu organis es de cellules lympho des, principalement des lymphocytes et des macrophages (TELT). B, Sch ma d'une muqueuse, montrant la s cr tion d'anticorps IgA en r ponse un antig ne endocytos par les cellules M. Les lymphocytes B activ s se diff rencient en plasmocytes (lymphocytes) producteurs d'IgA et migrent du follicule lympho de dens ment organis (dans le tissu lympho de associ aux bronches [BALT]) vers la sous-muqueuse voisine, o ils s cr tent des IgA. de l'anticorps IgA (non fixateur du compl ment, cha ne J pour le transport et structure dim re pour la stabilit dans la lumi re des voies respiratoires) sont utilis s. Dans les zones sous-muqueuses, les plasmocytes synth tisent et s cr tent des IgA, qui migrent vers la surface sous-muqueuse des cellules pith liales, o elles se lient une prot ine de surface Fig. 26.3 Structure et formation de l'immunoglobuline s cr toire a (IgA). UN, Les IgA s cr toires se composent d'au moins deux mol cules d'Ig qui sont li es de mani re covalente via une cha ne J et associ es de mani re covalente ce composant s cr toire. Les IgA s cr toires se forment pendant le transport travers les cellules pith liales. Poly-Ig, immunoglobuline polym re. r cepteur, immunoglobuline polym re (poly-Ig; Figure 26.3 ). Le r cepteur poly-Ig facilite la pinocytose des IgA dans la cellule pith liale et sa s cr tion ventuelle dans la lumi re des voies respiratoires. Lors de l'exocytose du complexe IgA, la poly-Ig est cliv e par voie enzymatique et une partie de celle-ci, la pi ce s cr toire, reste associ e au complexe. La pi ce s cr toire reste attach e au complexe IgA dans les voies respiratoires et aide le prot ger du clivage prot olytique. Le complexe immun IgA-antig ne ne se lie pas au compl ment de la m me mani re classique que les autres complexes immuns, et ses propri t s pro-inflammatoires sont donc limit es. Le syst me IgA-anticorps est tr s efficace pour lier les particules et les virus pour former un grand complexe qui favorise leur limination via le syst me de clairance mucociliaire, avant qu'ils n'envahissent les cellules pith liales. La plupart des lymphocytes T immunitaires adaptatifs classiques sont des cellules CD3+ avec des TCR compos s de cha nes et (cellules T TCR ). Ces cellules m rissent dans le thymus et sortent principalement vers les ganglions lymphatiques et la rate. L'activation classique des cellules TCR n cessite un traitement/pr sentation de l'antig ne, g n ralement via le complexe majeur d'histocompatibilit , dans une CD, g n ralement pour induire une r ponse inflammatoire. Les lymphocytes T CD3+ avec des TCR exprimant les cha nes et (cellules T TCR ) m rissent galement dans le thymus, mais la majorit de ces cellules chappent aux tissus muqueux (c'est- -dire les poumons, les intestins et la peau) et ne repr sentent qu'une minorit de cellules T dans le sang p riph rique et les tissus lympho des syst miques. Les lymphocytes T TCR , souvent appel s lymphocytes intra pith liaux, se localisent pr f rentiellement dans les sites sous-muqueux et BALT, tissu lympho de associ aux bronches ; IFN , interf ron ; IgA, IgE, IgG et IgM, immunoglobulines A, E, G et M ; IL 10, interleukine 10 ; iNKT, tueur naturel invariant T ; NK, tueur naturel ; TCR, r cepteur des lymphocytes T ; tissu ectotopique lympho de tertiaire Th1 et Th2 ; pith lium et sont consid r s comme une premi re ligne de d fense des surfaces pith liales. Contrairement aux cellules T TCR , l activation classique de l antig ne des cellules T TCR ne n cessite pas de traitement ou de pr sentation de l antig ne par les CD. Il est int ressant de noter que les lymphocytes T TCR se sont r v l s capables de r pondant l'antig ne soit la mani re d'une r ponse cellulaire inn e, via des mod les mol culaires associ s un agent pathog ne (PAMP, d crits plus loin dans ce chapitre), soit, dans certaines circonstances, la mani re d'une r ponse classique des lymphocytes T TCR . Il n est pas clair si cette variation de r activit est due la pr sence de sous-populations de cellules T TCR ou la plasticit (alt rations) de la m me cellule. Parce que ces cellules expriment cette dualit unique, elles sont consid r es comme un lien entre les r ponses immunitaires adaptatives et inn es. De plus, les cellules TCR peuvent r pondre imm diatement l'antig ne et ne font g n ralement pas preuve de m moire. Contrairement la r ponse proinflammatoire typique des lymphocytes T TCR , les lymphocytes T TCR peuvent fournir une protection sans induire d inflammation. Il a t d montr que les lymphocytes T TCR se d veloppent en r ponse des infections virales et bact riennes et synth tisent soit des cytokine |
Physiologie de Ganong et Levy | s pro-inflammatoires (interleukine [IL]-17, interf ron [IFN]- ) soit des cytokines r gulatrices/suppressives (facteur de croissance transformant [TGF ], lymphocyte g ne d'activation 3). Les lymphocytes T TCR suppriment galement la r ponse des immunoglobulines E (IgE) l'antig ne inhal , emp chant ainsi l'inflammation induite par les allerg nes. Les cellules lympho des inn es (ILC) se r partissent g n ralement en quatre cat gories : les lymphocytes T TCR , les cellules dendritiques (DC), les macrophages, les cellules tueuses naturelles (NK) et les sous-populations de chacune (26,3). Les ILC se distinguent nettement des cellules immunitaires adaptatives par leur manque de sp cificit antig nique pour les agents incrimin s et par leur capacit se distinguer du non-soi gr ce la reconnaissance des PAMP pr sents sur les agents pathog nes. tant donn que la plupart des substances inhal es sont non pathog nes, l organisme a d velopp un syst me de reconnaissance sp cialis pour identifier les substances et organismes pathog nes nocifs. Plut t que la reconnaissance sp cifique d'un antig ne, ce syst me permet de distinguer le soi du mat riel non-soi gr ce la reconnaissance des PAMP sur les organismes/substances pathog nes, qui sont ensuite reconnus par une famille de r cepteurs sur les cellules de d fense de l'h te (c'est- -dire les ILC) appel s reconnaissance de formes. r cepteurs (PRR). Les PAMP sont des caract ristiques distinctives communes de nombreux agents pathog nes et sont compos s de peptidoglycanes, de lipopolysaccharides et d'ADN non m thyl de 5 -C phosphate-G-3 (CpG), qui se lient leurs PPR correspondants sur les ILC. Il existe deux classifications principales pour les PRR : les r cepteurs de type Toll (TLR), qui sont exprim s principalement la surface des cellules, et les r cepteurs du domaine d'oligom risation nucl otidique (NOD), qui sont exprim s de mani re intracellulaire dans le cytoplasme des ILC. Ces deux voies activent le facteur nucl aire K (NFK ), un facteur de transcription qui stimule la lib ration de cytokines pro-inflammatoires, ainsi que les interf rons antiviraux de type I (IFN- et IFN- ). Les TLR sont une famille de prot ines transmembranaires pr sentant des sp cificit s diff rentes pour diff rents pathog nes. Le TLR-2 est sp cifique des acides lipot icho ques associ s aux bact ries Gram positif, tandis que le TLR-4 est sp cifique du lipopolysaccharide (endotoxine), un produit des bact ries Gram n gatif. Dans le poumon, les cellules pith liales bronchiques, les macrophages, les DC, les mastocytes, les osinophiles et les cellules pith liales alv olaires de type II expriment la fois le TLR-2 et le TLR 4. D'autres TLR sont sp cifiques des virus : le TLR-3 se lie aux virus ARN double brin, et TLR-7 et TLR-8 se lient aux virus ARN simple brin. Les cellules NK expriment TLR-3, TLR-7 et TLR-8 et les CD plasmacyto des, les osinophiles et les cellules B expriment TLR-7. Diverses cellules phagocytaires et CD dans les poumons et d autres tissus muqueux expriment galement des TLR. Ainsi, en plus des cellules phagocytaires classiques, les cellules pith liales bronchiques et alv olaires jouent un r le actif dans la d fense de l'h te au moyen du lien PAMP-PRR. L aspect le plus unique et le plus intrigant de ce syst me de d fense muqueux sp cialis est peut- tre la capacit des ILC r pondre imm diatement aux agents pathog nes, par opposition aux jours ou aux semaines n cessaires pour monter une r ponse immunitaire adaptative classique des lymphocytes T TCR avec expansion clonale et m moire. La r ponse rapide, et son absence pour les substances inoffensives, sont tr s avantageuses dans les tissus muqueux, qui sont des sites courants d'invasion parasitaire et d'exposition des produits chimiques toxiques. De plus, de nombreuses ILC d montrent une plasticit , ce qui signifie qu elles peuvent tre induites par l environnement (c est- -dire les cytokines) pour modifier leur fonctionnalit en un ph notype proinflammatoire ou r gulateur (suppresseur). Les macrophages et les CD proviennent de la moelle osseuse, mais leur lign e de diff renciation varie quelque peu : les macrophages se d veloppent travers la lign e prog nitrice my lo de-granulocytes/macrophages commune avec d'autres cellules granulocytaires (basophiles, mastocytes, osinophiles, neutrophiles), et les CD se d veloppent travers la moelle osseuse. prog niteur lympho de commun ou les lign es prog nitrices my lo des communes. Les macrophages et les DC sont les premi res cellules non pith liales entrer en contact et r agir une substance trang re. Dans les poumons, il existe trois principaux types de macrophages (alv olaire, M-1 [proinflammatoire] et M-2 [r gulateur]) et deux types de DC (conventionnelles et plasmacyto des). Si le corps tranger inhal reste dans l espace a rien du syst me respiratoire inf rieur (canaux alv olaires et alv oles), il sera probablement phagocyt par les macro |
Physiologie de Ganong et Levy | phages alv olaires. Cependant, si le corps ou le corps tranger p n tre et atteint les zones sous-muqueuses, il entrera en contact avec les macrophages M-1 ou M-2 et les CD conventionnelles ou plasmacyto des. Les macrophages alv olaires se trouvent principalement dans les alv oles adjacentes l' pith lium et moins fr quemment dans les voies respiratoires terminales et l'espace interstitiel. Ils migrent librement dans les espaces alv olaires et servent de premi re ligne de d fense dans les bronchioles terminales et les alv oles. Ils phagocytent les particules et substances trang res, ainsi que les tensioactifs et les d bris cellulaires des cellules mortes. Pour une particule/un organisme phagocyt par un macrophage, les principaux m canismes de destruction comprennent la formation de radicaux O2, l'activit enzymatique et les d riv s halog nes au sein des lysosomes. L'activit phagocytaire du macrophage inhibe la liaison des particules l' pith lium alv olaire et leur p n tration ult rieure dans l'interstitium. Le macrophage alv olaire transporte galement les particules englouties vers les r gions cili es du syst me de transport mucociliaire pour limination et constitue ainsi un lien important entre les espaces alv olaires, la r gion du talon d'Achille de la bronchiole postterminale et le syst me de clairance mucociliaire. De plus, les macrophages alv olaires et les macrophages M-2 pr sents dans la sous-muqueuse peuvent galement supprimer l'activit des lymphocytes T par contact direct ou par s cr tion de facteurs solubles tels que l'acide nitrique, la prostaglandine E2 et les cytokines immunosuppressives (IL-10 et TGF- ). ). Les macrophages M-1 sont galement situ s dans des sites sous-muqueux et repr sentent la cellule phagocytaire pro-inflammatoire classique, avec des capacit s de destruction similaires celles des macrophages alv olaires. De plus, il a t d montr que les cytokines proinflammatoires (et proasthmatiques) T helper 2 (Th2), IL-4 et IL-13, favorisent la diff renciation des macrophages M-1 en macrophages M-2 r gulateurs/suppresseurs, ce qui d montre la plasticit de ces cellules. La capacit de ces populations de macrophages d montrer leur plasticit et liminer rapidement les corps trangers avec une r ponse proinflammatoire ou r gulatrice am liore consid rablement le syst me de d fense pulmonaire et constitue un contributeur unique au syst me de d fense global de la muqueuse. Les CD conventionnelles r sident dans la sous-muqueuse des poumons et d autres tissus muqueux et sont consid r es comme les principales cellules pr sentatrices d antig nes. Ils sont g n ralement dans un tat immature au repos dans lequel ils fonctionnent comme des sentinelles pour capturer et traiter l'antig ne, apr s quoi ils m rissent et migrent vers le ganglion lymphatique de drainage local (n ud m diastinal pour les poumons). Au niveau de ce n ud, ils pr sentent l'antig ne aux cellules T, qui d clenchent une r ponse immunitaire adaptative, soit proinflammatoire, soit suppressive, en fonction de l'antig ne et des CD. Il a t d montr que les CD103+ induisent des lymphocytes T r gulateurs/suppresseurs au moyen de leur synth se et de leur s cr tion de TGF et d'indoleamine dioxyg nase. Les CD plasmacyto des sont situ es dans des zones sous-muqueuses similaires, mais fonctionnent davantage dans un r le antiviral, par opposition la pr sentation d'antig nes ; lors de l'activation virale, ils s cr tent rapidement la cytokine antivirale IFN- . Les macrophages et les CD synth tisent et s cr tent g n ralement de nombreuses cytokines similaires, en fonction du stimulus ; ces cytokines comprennent l'IL-1 (qui active l'endoth lium vasculaire et les lymphocytes), l'IL-6 (qui active les lymphocytes et am liore la production d'anticorps), l'IL-12 (qui active les cellules NK, les cellules T CD4 en cellules T Th1), le facteur de n crose tumorale (qui active l'endoth lium vasculaire et augmente la perm abilit ), l'IL-8 (qui recrute les neutrophiles, les basophiles et les lymphocytes T) et l'IFN- (qui poss de effets antiviraux). Les cellules NK proviennent de la moelle osseuse et se diff rencient via la lign e prog nitrice lympho de commune. Ce ne sont ni des lymphocytes T ni des lymphocytes B, et des populations r sidentes de cellules NK fonctionnellement actives et de cellules T tueuses naturelles invariantes (iNKT) sont pr sentes dans les sites muqueux et l'interstitium pulmonaire. Les cellules NK sont un composant majeur du syst me immunitaire inn de d fense du corps contre les agents pathog nes envahisseurs tels que les virus de l herp s, diverses infections bact riennes et les cellules tumorales. Les cellules NK peuvent tre activ es par les interf rons (IFN- et IFN- ) et d'autres cytokines d riv es des macrophages (IL-12 et IL-18), ce qui am liore leurs capacit s de destruction. Le m canisme de destruction passe par la lib ration d'enzymes granulaires (granzymes, perforines et s rine est rase |
Physiologie de Ganong et Levy | s), qui cr er des trous ou des pores dans les membranes des cellules cibles et provoquer ainsi la mort cellulaire. De plus, les cellules NK peuvent synth tiser l IFN- , capable d inhiber les infections virales et de stimuler les r ponses des lymphocytes T CD4 et CD8. Les cellules NK poss dent un ensemble complexe de r cepteurs pour reconna tre un large ventail de bact ries et de virus infectieux. Les personnes d pourvues de cellules NK sont tr s sujettes aux infections par l herp svirus et souffrent souvent d infections r currentes. Les cellules iNKT appartiennent une cat gorie de cellules lympho des appel es lymphocytes de type inn , r sident avec les cellules TCR dans les tissus muqueux et poss dent des r cepteurs antig niques d'une diversit limit e, contrairement aux cellules immunitaires adaptatives. On pense que ces types de cellules constituent des liens entre l immunit inn e et adaptative. Un aspect essentiel de ce lien est que ces cellules peuvent r agir plus rapidement que les cellules de la r ponse immunitaire adaptative classique, limitant ainsi les dommages pr coces jusqu' ce que la r ponse adaptative puisse mobiliser une d fense plus forte. Les cellules iNKT poss dent une cha ne de r cepteur de lymphocytes T invariante et, lors de leur activation, s cr tent les cytokines r gulatrices IL-10 et IFN- . Les cellules pith liales et le microbiote commensal prot gent la lumi re des voies respiratoires Les cellules pith liales des voies respiratoires peuvent produire et s cr ter la fois des enzymes antibact riennes et des peptides antimicrobiens amphipathiques (hydrophiles charg s positivement), qui ciblent et perturbent g n ralement les composants de la paroi cellulaire des bact ries, ce qui entra ne la mort cellulaire. Le lysozyme, l' lastase, les hydrolases et la phospholipase s cr toire A2 sont des exemples d'enzymes antibact riennes cibl es sur divers agents pathog nes. Les peptides antimicrobiens sont g n ralement des peptides cationiques synth tis s sous forme de propeptides et activ s par clivage d'une pi ce anionique. Les peptides s cr t s par les cellules pith liales et les macrophages alv olaires p n trent g n ralement dans le liquide muqueux, tandis que les peptides s cr t s par les macrophages sous-muqueux restent g n ralement dans le tissu local. Il existe trois classes de peptides antimicrobiens : les d fensines, les cath licidines et les histatines. Les d fensines, class es en et , peuvent perturber les membranes cellulaires en quelques minutes et sont tr s efficaces contre les bact ries, les champignons et les virus. Les -d fensines sont synth tis es dans les cellules alv olaires de type II, sont stock es dans des corps lamellaires et constituent un composant du surfactant. Les -d fensines sont synth tis es et stock es dans les cellules pith liales, les macrophages et les neutrophiles. Les cath licidines sont stock es dans des granules secondaires et activ es de mani re intracellulaire par fusion des phagosomes avec le granule ou encore directement par l' lastase. Dans les poumons, les cath licidines sont s cr t es par les cellules pith liales pulmonaires de type II, ainsi que par les neutrophiles et les macrophages. Les histatines sont pr sentes principalement dans la cavit buccale et sont plus sp cifiques des champignons pathog nes. Bien qu il ne soit pas clair si elles existent dans les voies respiratoires, les prot ines liant les glucides (lectines) pr sentes dans l intestin peuvent tuer directement les bact ries Gram-positives en se liant leurs parois cellulaires. De plus, il a t d montr que les lactoferrines et le lysozyme pr sents dans les cellules pith liales ont des effets bact riostatiques et bact ricides ; le m canisme pr cis par lequel cela se produit n est pas clairement compris, bien qu il soit postul qu ils pourraient agir en synergie avec le fer et le calcium. Le microbiome humain, en particulier l intestin, a fait l objet de beaucoup d attention, et l exploration du r le de ces micro-organismes commensaux dans la sant et la maladie se d veloppe rapidement. Bien que l on en sache beaucoup sur le microbiome intestinal, le microbiome pulmonaire a t difficile explorer. Autrefois consid r comme un environnement st rile, le poumon reste un site difficile pr lever pour diverses raisons, notamment la s curit du sujet lors du pr l vement (proc dures invasives), la complexit et la vari t des surfaces pith liales dans les voies respiratoires, et le simple fait que beaucoup moins de surfaces pith liales sont pr sentes dans les voies respiratoires. les bact ries sont disponibles pour l chantillonnage. De plus, l' cosyst me de la lumi re et l' pith lium des voies respiratoires diff rent consid rablement le long des voies respiratoires, des voies respiratoires sup rieures aux alv oles ; il est probable que la densit et les types de bact ries r sidant dans ces diff rentes r gions diff rent galement. Il est clair, cependant, que le |
Physiologie de Ganong et Levy | poumon poss de un microbiome et que trois phylums principaux semblent tre repr sent s : les Bacteroidetes (Prevotella, Bacteroides), les Firmicutes (Veillonella, Streptococcus, Staphylococcus) et les Proteobacteria (Pseudomonas, Haemophilus, Moraxella, Neisseria, Acinetobact rie). Il a t d montr que les alt rations du microbiome pulmonaire sont associ es plusieurs affections pulmonaires (y compris l'asthme, la mucoviscidose et la maladie pulmonaire obstructive chronique) et avec une transplantation pulmonaire. L augmentation du taux d asthme chez les enfants a t li e l augmentation du taux d utilisation d antibiotiques, qui a un effet consid rable sur le microbiome. Il a t d montr que les organismes des phylums des prot obact ries (Haemophilus, Moraxella) et des Firmicutes (Streptococcus) sont en corr lation avec l'asthme. Une tude exp rimentale chez la souris a montr une am lioration de l'asthme lorsque les organismes Proteobacteria ont t remplac s par des organismes Bacteriodetes, ce qui a co ncid avec une augmentation des lymphocytes T r gulateurs et une suppression des cytokines proinflammatoires Th2, importantes dans la pathogen se de l'asthme. D'un point de vue th rapeutique, l'utilisation de probiotiques pour maintenir un microbiome normal s'est av r e utile dans le traitement des maladies infectieuses de l'intestin, ainsi que l'utilisation d'un traitement probiotique chez les patients souffrant d'infections pulmonaires chroniques (par exemple, mucoviscidose, infections des voies respiratoires sup rieures). ont t prometteurs. Le ou les m canismes pr cis par lesquels les bact ries peuvent prot ger les poumons sont encore mal compris mais varient probablement consid rablement selon le micro-organisme. Il a t d montr que Bifidobacterium peut activer les DC et les TLR pour s cr ter de l'IL-10 et de l'acide r tino que, des m diateurs capables d'induire des lymphocytes T r gulateurs, qui r gulent n gativement la r ponse inflammatoire Th2. D un point de vue causal, il a t d montr que l histamine, un composant majeur des granules des mastocytes et s cr t e par les organismes Lactobacillus, est associ e aux CD amor antes pour stimuler les r ponses inflammatoires Th2, comme on le voit chez les personnes asthmatiques. De plus, il a t d montr que les ILC peuvent jouer un r le en influen ant le microbiome gr ce leur capacit se lier aux r cepteurs des cellules pith liales, modifiant ainsi l interaction de l pith lium avec les micro-organismes et favorisant ventuellement la colonisation de micro-organismes pathog nes ou non pathog nes. Il reste encore beaucoup apprendre et assimiler des tudes futures sur le microbiome pulmonaire. Les affections pathologiques de loin les plus courantes associ es aux tissus muqueux sont les r ponses allergiques (par exemple, l'asthme allergique, la rhinite allergique et les allergies alimentaires et cutan es). Certains allerg nes humains courants comprennent des composants d acariens inhal s, de cafards et de squames de chat, ainsi que des piq res d abeilles et l ingestion d arachides. L un des allerg nes m dicamenteux les plus courants est la p nicilline, qui peut se lier de nombreuses prot ines endog nes et galement alt rer leur antig nicit . Comme d crit pr c demment, la r ponse en anticorps pr dominante dans le MALT est l IgA ; cependant, dans une r ponse allergique, les IgE sont les anticorps pr dominants. Il est g n r par un m canisme de basculement induit par la synth se d'IL-4 partir de lymphocytes T CD4 amorc s par Th2. L'IL-4 induit le passage des cellules B productrices d'anticorps des anticorps IgG synth tisant aux IgE. L'IgE se lie la surface des mastocytes dans la sous-muqueuse via la r gion de son fragment cristallisable (constant) de la mol cule d'anticorps. Lors de la r exposition l'antig ne inhal et de sa migration ult rieure de la lumi re des voies respiratoires vers la sous-muqueuse, l'allerg ne se lie alors la r gion du fragment de liaison l'antig ne de la mol cule d'IgE, qui forme un complexe immun (IgE Ag) la surface du mastocyte. . La derni re tape est que les complexes IgE-Ag doivent se r ticuler avec d'autres complexes IgE-Ag la surface du mastocyte, ce qui induit des voies de signalisation intracellulaires pour initier la d granulation et la lib ration imm diate des m diateurs Th2 pr form s (histamine, h parine, prostaglandines, leucotri nes, IL). -4, IL-5, IL-13, prot ases). Ces m diateurs induisent les signes classiques de l'asthme : constriction des muscles lisses La r ponse inflammatoire peut dispara tre spontan ment ou la suite d un traitement (bronchodilatateur ou anti-inflammatoires, tels que les corticost ro des). Une inflammation de bas grade peut persister et entra ner un processus appel remodelage des voies respiratoires, qui se manifeste par des changements structurels permanents et irr versibles tels qu'une fibrose sous-muqueuse et une hypertrophie des muscles l |
Physiologie de Ganong et Levy | isses des voies respiratoires. Les m canismes responsables du remodelage des voies respiratoires dans les maladies allergiques ne sont pas clairement compris, mais les chimiokines et les cytokines telles que le TGF- , une puissante cytokine profibrotique, jouent un r le important. Ainsi, un syst me de d fense tr s l gant et tr s efficace contre les organismes infectieux et parasitaires est tromp pour r agir une substance inoffensive, un allerg ne, comme si elle tait nocive et initie ses d fenses ; le r sultat est une maladie allergique des voies respiratoires. Fonctions m taboliques du poumon Les poumons sont expos s une grande vari t de substances x nobiotiques et les m tabolisent. Les cellules endoth liales du lit capillaire pulmonaire ont une grande surface qui re oit un flux sanguin tr s lev , et les cellules endoth liales pulmonaires ont d velopp divers m canismes et r cepteurs de surface cellulaire pour m taboliser les x nobiotiques. La majeure partie du m tabolisme des compos s x nobiotiques inhal s ou ing r s se produit de mani re enzymatique dans le foie et le tractus intestinal avec des membres de la famille des enzymes du cytochrome P-450 (CYP) (par exemple, CYP1, CYP2, CYP3). Les poumons et d autres organes participent galement de mani re s lective au traitement des x nobiotiques et pr sentent g n ralement des niveaux inf rieurs d enzymes du cytochrome P-450. Les principales enzymes du cytochrome P-450 dans les poumons comprennent les CYP1B1, CYP2B6, CYP2E1, CYP2J2, CYP3A5 et CYP1A1, cette derni re tant pr sente des niveaux lev s chez les personnes qui fument des cigarettes. Les m dicaments destin s au traitement de l'asthme et de la maladie pulmonaire obstructive chronique, tels que les corticost ro des, les agonistes des r cepteurs 2 action prolong e, les antagonistes des r cepteurs des leucotri nes et les m thylxanthines, sont d grad s par voie enzymatique dans les poumons. En outre, un large ventail de substances endog nes sont m tabolis es par les cellules endoth liales du lit capillaire pulmonaire, notamment les amines vasoactives, les cytokines, les m diateurs lipidiques et les prot ines. L'encadr 26.1 fournit une liste de compos s m tabolis s dans les poumons. Un m tabolisme peut se produire. ENCADR 26.1 Compos s m tabolis s dans les poumons (bronchoconstriction), recrutement et activation des osinophiles, action vasoactive (inflammation) et remodelage du tissu conjonctif. Cytokines Les sympt mes de respiration sifflante, de toux et d'essoufflement apparaissent en quelques minutes, suivis d'une r ponse tardive d' osinophilie et d'inflammation des voies respiratoires. par traitement intracellulaire ou extracellulaire de substances endog nes qui traversent les capillaires ou par synth se et s cr tion directes par les cellules endoth liales. Par exemple, l'angiotensine I est activ e par l'enzyme de conversion de l'angiotensine, pr sente la surface des cellules endoth liales. La s rotonine, un vasoconstricteur, se lie un r cepteur sp cifique la surface des cellules endoth liales et est internalis e et m tabolis e l'int rieur des cellules. Environ 80 % de la s rotonine p n trant dans les poumons est m tabolis e en un seul passage dans le lit capillaire pulmonaire. Les cellules endoth liales poss dent galement des r cepteurs de surface pour la bradykinine, le facteur de n crose tumorale, les composants du syst me du compl ment, les fragments cristallisables d'immunoglobulines et les mol cules d'adh sion. De plus, les cellules endoth liales vasculaires synth tisent et s cr tent de la prostacycline, de l'endoth line, des facteurs de coagulation, de l'oxyde nitrique, des prostaglandines et des cytokines. Cependant, les cellules endoth liales vasculaires manquent de 5-lipoxyg nase et ne sont pas capables de synth tiser des leucotri nes (constricteurs des muscles lisses). Les compos s non m tabolis s par le lit capillaire pulmonaire comprennent l' pin phrine, la dopamine, l'histamine, l'isoprot r nol, l'angiotensine II et la substance P. Angiotensine L enzyme de conversion (ECA) est pr sente dans de petites indentations (cav oles) la surface des cellules endoth liales pulmonaires et catalyse la conversion de l angiotensine physiologique inactive en angiotensine II active, un puissant vasocon tricteur. Il s agit d un m canisme majeur dans la capacit du corps fournir des niveaux syst miques d angiotensine II et influence ainsi la pression art rielle (voir Chapitre36). L utilisation th rapeutique des inhibiteurs de l ECA est importante dans la prise en charge des patients souffrant d hypertension art rielle. Les poumons jouent un r le cl dans le m tabolisme de nombreux prom dicaments, qui sont inactifs, en m dicaments actifs. L administration de prom dicaments am liore la quantit de m dicament actif d livr e leurs cibles dans le corps. Les prom dicaments sont administr s de mani re syst mique ou locale (par inhalation) dans les poumons, o ils |
Physiologie de Ganong et Levy | sont activ s in situ. Un exemple en est le dipropionate de m thasone (Qvar, Beconase AQ), un m dicament inhal par des patients souffrant d'asthme, qui est activ par des est rases dans les poumons sous la forme active 17-b clam thasone monopropionate. 1. Le syst me respiratoire a d velopp des caract ristiques structurelles (syst me de transport mucociliaire) et immunologiques (syst me immunitaire muqueux) uniques pour faire face l'exposition environnementale constante des substances trang res ; ces caract ristiques limitent ou inhibent l inflammation. 2. Les trois composants du syst me de transport mucociliaire sont la phase sol (liquide p riciliaire), la phase gel (mucus) et les cils. 3. La profondeur de la couche de liquide p riciliaire est maintenue par l quilibre entre la s cr tion de Cl et l absorption de Na+ et est essentielle au battement ciliaire normal. 4. Le mucus est une macromol cule complexe compos e de glycoprot ines, de prot ines, d' lectrolytes et d'eau. Il a une faible viscosit et des propri t s m caniques lastiques lev es. 5. Les cellules caliciformes, les cellules de Clara et les cellules muqueuses et s reuses r sidant dans les glandes trach obronchiques produisent du mucus. 6. Le d p t de particules dans les poumons d pend de leur taille, de leur densit et de leur forme ; la distance parcourue ; vitesse du flux d'air ; et l'humidit relative. Les principaux m canismes de d p t de particules sont l'impaction (particules de plus de 10 m, dans les voies nasales, et particules de 2 10 m, dans le nasopharynx, la trach e et les bronches), la s dimentation (particules de 0,2 2 m, dans les voies respiratoires distales). , l'interception (particules de forme allong e, dans les voies respiratoires inf rieures) et le mouvement brownien (particules inf rieures 0,2 m, dans les alv oles). 7. Le syst me respiratoire fait partie du syst me immunitaire des muqueuses, qui est compos des syst mes intestinal (GALT), respiratoire (BALT) et urinaire. Ces syst mes ne contiennent pas de v ritables ganglions lymphatiques avec un flux lymphatique aff rent et eff rent ; ils sont compos s principalement de nodules lymphatiques non encapsul s, sans v ritable drainage lymphatique. 8. Le lympho pith lium non cili du BALT tablit une rupture dans la couverture mucociliaire qui agit comme un drain pour faciliter la collecte et le traitement immunitaire des particules trang res dans les voies respiratoires conductrices. 9. Les lymphocytes T TCR , les plasmocytes synth tisant les IgA, les cellules NK et les macrophages alv olaires sont des cellules immunitaires inn es et adaptatives hautement sp cialis es, uniques au syst me de d fense anti-inflammatoire des poumons et d'autres tissus muqueux. Cua DJ, Tato CM. Cellules inn es productrices d IL-17 : les sentinelles du syst me immunitaire. Nat Rev Immunol. 2010;10:479-489. Dickson RP, Erb-Downward JR, Martinez FJ, Huffnagle GB. Le microbiome et les voies respiratoires. Ann R v Physiol. 2016;78 : 481-504. Martin TR, Frevert CW. Immunit inn e dans les poumons. Proc Am Thorac Soc. 2005;2:403-411. McKenize AN, Spits H, Eberl G. Cellules lympho des inn es dans l'inflammation et l'immunit . Immunit . 2014;41 :366-374. Monticelli LA, Sonnenberg GF, Abt MC et al. Les cellules lympho des inn es favorisent l'hom ostasie des tissus pulmonaires apr s une infection par le virus de la grippe. Nat Immunol. 2011;12:1045-1054. Olsson B, Bondesson E, Borgstr m L et al. M tabolisme, clairance et adsorption pulmonaire des m dicaments. Dans : Smyth HDC, Hickey AJ, d. Administration pulmonaire contr l e de m dicaments. New York : Springer ; 2011 : 21-51. Spits H, Artis D, Colonna M et al. Cellules lympho des inn es : une proposition pour une nomenclature uniforme. Nat Rev Immunol. 2013;13 : 145-149. Vantourout P, Hayday A. Les interm diaires : lymphocytes de type inn . Six des meilleurs : contributions uniques des cellules T l immunologie. Nat Rev Immunol. 2014;13:88-100. Vin JJ. Contr le parasympathique des glandes sous-muqueuses des voies respiratoires : r flexes centraux et syst me nerveux intrins que des voies respiratoires. Auton Neurosci. 2007;133 : 35-54. SECTION 6 Physiologie gastro-intestinale KIM E. BARRETT ET HELEN E. RAYBOULD Chapitre 27 Anatomie fonctionnelle et principes g n raux de r gulation du tractus gastro-intestinal Chapitre 28 Les phases c phalique, orale et sophagienne de la r ponse int gr e un repas Chapitre 29 La phase gastrique de la r ponse int gr e R ponse un repas Chapitre 30 La phase intestinale gr le de la r ponse int gr e un repas Chapitre 31 La phase colique de la r ponse int gr e un repas Chapitre 32 Fonctions de transport et m taboliques du foie la fin de ce chapitre, l' tudiant devrait tre capable de r pondre aux questions suivantes : 1. Qu'est-ce que l'innervation neurale du tractus gastro-intestinal et comment la fonction gastro-intestinale est-elle r gul e ? 2. Quels sont quelques |
Physiologie de Ganong et Levy | exemples de r gulation neuronale, paracrine et humorale de la fonction gastro-intestinale ? Le tractus gastro-intestinal (GI) comprend le tube digestif de la bouche l'anus et comprend les organes glandulaires associ s qui vident leur contenu dans le tractus. La fonction globale du tractus gastro-intestinal est d absorber les nutriments et l eau dans la circulation et d liminer les d chets. Les grands ph nom nes physiologiques les processus qui se produisent dans le tractus gastro-intestinal sont la motilit , la s cr tion, la digestion et l'absorption. La plupart des nutriments contenus dans l alimentation des mammif res sont absorb s sous forme de solides et de macromol cules qui ne sont pas facilement transport es travers les membranes cellulaires pour entrer dans la circulation. Ainsi, la digestion consiste en une modification physique et chimique des aliments de telle sorte que leur absorption puisse se produire travers les cellules pith liales intestinales. La digestion et l'absorption n cessitent la motilit de la paroi musculaire du tractus gastro-intestinal pour d placer le contenu le long du tractus et m langer les aliments avec les s cr tions. Les s cr tions du tractus gastro-intestinal et des organes associ s sont constitu es d'enzymes, de d tergents biologiques et d'ions qui fournissent un environnement intraluminal optimis pour la digestion et l'absorption. Ces processus physiologiques sont hautement r gul s pour maximiser la digestion et l absorption, et le tractus gastro-intestinal est dot de syst mes de r gulation complexes pour garantir que cela se produise. De plus, le tractus gastro-intestinal absorbe les m dicaments administr s par voie orale ou rectale. Le tractus gastro-intestinal sert galement d organe important pour l excr tion de substances. Il stocke et excr te les d chets provenant des aliments ing r s et excr te des produits du foie tels que le cholest rol, les st ro des et les m tabolites de m dicaments (tous partageant la propri t commune d tre des mol cules liposolubles). Lorsque l on consid re la physiologie du tractus gastro-intestinal, il est important de se rappeler qu il s agit d un long tube en contact avec l environnement ext rieur du corps. En tant que tel, il est vuln rable aux micro-organismes infectieux qui peuvent p n trer avec la nourriture et l eau. Pour se prot ger, le tractus gastro-intestinal poss de un syst me complexe de d fenses compos de cellules immunitaires et d'autres m canismes de d fense non sp cifiques. En fait, le tractus gastro-intestinal repr sente le plus grand organe immunitaire du corps. Ce chapitre donne un aper u de l'anatomie fonctionnelle et des principes g n raux de r gulation du syst me gastro-intestinal. La structure du tractus gastro-intestinal varie consid rablement d une r gion l autre, mais il existe des caract ristiques communes dans l organisation globale des tissus. Essentiellement, le tractus gastro-intestinal est un tube creux divis en segments fonctionnels majeurs ; les principales structures le long du tube sont la bouche, le pharynx, l' sophage, l'estomac, le duod num, le j junum, l'il on, le c lon, le rectum et l'anus ( Figure 27.1 ). Ensemble, le duod num, le j junum et l'il on constituent l'intestin gr le, et le c lon est parfois appel gros intestin. Associ es au tube sont des structures glandulaires aveugles qui sont des invaginations de la paroi du tube ; ces glandes vident leurs s cr tions dans la lumi re intestinale (par exemple, les glandes de Brunner dans le duod num, qui s cr tent de grandes quantit s de HCO3 ). De plus, des organes glandulaires sont attach s au tube via des conduits travers lesquels les s cr tions se d versent dans la lumi re intestinale, par exemple les glandes salivaires et le pancr as. Les principales structures situ es le long du tractus gastro-intestinal remplissent de nombreuses fonctions. Une fonction importante est le stockage ; l'estomac et le c lon sont d'importants organes de stockage des aliments transform s ( galement appel s chyme) et pr sentent une sp cialisation en termes la fois de leur anatomie fonctionnelle (par exemple, forme et taille) et de m canismes de contr le (caract ristiques des muscles lisses pour produire des contractions toniques) qui permettent eux pour remplir cette fonction de mani re efficace. La fonction pr dominante de l intestin gr le est la digestion et l absorption ; la sp cialisation majeure de cette r gion du tractus gastro-intestinal est une grande surface sur laquelle l'absorption peut se produire. Le c lon r absorbe l eau et les ions pour s assurer qu ils ne soient pas limin s du corps. La nourriture ing r e est d plac e le long du tractus gastro-intestinal par l action des muscles de ses parois. Les r gions du tractus gastro-intestinal sont galement s par es par des structures musculaires sp cialis es appel es sphincters. Ceux-ci fonctionnent pour isoler une r gion de la suivante et assurer une r tention s lective du co |
Physiologie de Ganong et Levy | ntenu ou emp cher le reflux, ou les deux. L apport sanguin l intestin est important pour transporter les nutriments absorb s vers le reste du corps. Contrairement d'autres syst mes organiques du corps, le drainage veineux du tractus gastro-intestinal ne retourne pas directement au c ur mais entre d'abord. Fig. 27.1 Anatomie g n rale du syst me gastro-intestinal et sa division en segments fonctionnels. la circulation porte menant au foie. Ainsi, le foie a la particularit de recevoir une part consid rable de son apport sanguin autrement que par la circulation art rielle. Le flux sanguin gastro-intestinal se distingue galement par sa r gulation dynamique. Le flux sanguin splanchnique re oit environ 25 % du d bit cardiaque, une quantit disproportionn e par rapport la masse du tractus gastro-intestinal qu'il alimente. Apr s un repas, le sang peut galement tre d tourn des muscles vers le tractus gastro-intestinal pour r pondre aux besoins m taboliques de la paroi intestinale et galement pour liminer les nutriments absorb s. Le drainage lymphatique du tractus gastro-intestinal est important pour le transport des substances liposolubles absorb es travers la paroi du tractus gastro-intestinal. Comme nous le verrons plus tard, les lipides et autres mol cules liposolubles (y compris certaines vitamines et m dicaments) sont conditionn s en particules trop grosses pour passer dans les capillaires et plut t dans les vaisseaux lymphatiques de la paroi intestinale. Ces vaisseaux lymphatiques se drainent dans des canaux lymphatiques plus grands, qui se d versent finalement dans le canal thoracique et donc dans la circulation syst mique du c t art riel. Cela a des implications physiologiques majeures dans le m tabolisme des lipides ainsi que dans la capacit des m dicaments tre d livr s directement dans la circulation syst mique. La paroi de l'intestin tubulaire est constitu e de couches constitu es de cellules sp cialis es ( Figure 27.2 La muqueuse est la couche la plus interne du tractus gastro-intestinal. Il se compose de l' pith lium, de la lamina propria et de la musculeuse muqueuse. L' pith lium est une couche unique de cellules sp cialis es qui tapissent la lumi re du tractus gastro-intestinal. Il forme une couche continue le long du tube et avec les glandes et les organes qui s' coulent dans la lumi re du tube. Au sein de cette couche cellulaire se trouvent Fig. 27.2 Organisation g n rale des couches composant la paroi du tube digestif. un certain nombre de cellules pith liales sp cialis es ; les plus abondantes sont les cellules appel es ent rocytes absorbants, qui expriment de nombreuses prot ines importantes pour la digestion et l'absorption des macronutriments. Les cellules ent roendocrines contiennent des granules s cr toires qui lib rent des peptides r gulateurs et des amines pour aider r guler la fonction gastro-intestinale. De plus, les cellules de la muqueuse gastrique sont sp cialis es dans la production de protons, et les cellules productrices de mucine dans tout le tractus gastro-intestinal produisent une glycoprot ine (mucine) qui aide prot ger le tractus gastro-intestinal et lubrifier le contenu luminal. Les cellules pith liales colonnaires sont reli es entre elles par des connexions intercellulaires appel es jonctions serr es. Ces jonctions sont des complexes de prot ines intracellulaires et transmembranaires, et l' tanch it de ces jonctions est r gul e tout au long de la p riode postprandiale. La nature de l' pith lium varie consid rablement d'une partie du tube digestif l'autre, en fonction de la fonction pr dominante de cette r gion. Par exemple, l pith lium intestinal est con u pour l absorption ; ces cellules assurent l'absorption s lective des nutriments, des ions et de l'eau. En revanche, l sophage poss de un pith lium pavimenteux qui n a aucun r le d absorption. C'est un conduit pour le transport des aliments aval s et n cessite donc une certaine protection, fournie par l' pith lium pavimenteux, contre les aliments grossiers tels que les fibres. La surface de l' pith lium est organis e en villosit s et en cryptes (Fig. 27.3). Les villosit s sont des projections en forme de doigts qui servent augmenter la surface de la muqueuse. Les cryptes sont des invaginations ou des plis de l' pith lium. L' pith lium tapissant le tractus gastro-intestinal est continuellement renouvel et remplac par des cellules en division ; chez l'homme, ce processus prend environ 3 jours. Ces cellules en prolif ration sont localis es dans les cryptes, o se trouve une zone de prolif ration de cellules souches intestinales. Figue. 27.3 Comparaison de la morphologie de l' pith lium de l'intestin gr le et du c lon. La lamina propria imm diatement sous l' pith lium est constitu e en grande partie de tissu conjonctif l che contenant des fibrilles de collag ne et d' lastine (voir Figure 27.2 ). La lamina propria est riche en plusieurs types de glandes et contient des vaissea |
Physiologie de Ganong et Levy | ux lymphatiques et des nodules, des capillaires et des fibres nerveuses. La musculeuse muqueuse est la fine couche la plus interne du muscle lisse intestinal. Vu travers un endoscope, la muqueuse pr sente des plis et des cr tes provoqu s par des contractions de la musculeuse muqueuse. La couche suivante est la sous-muqueuse (voir Fig. 27.2 ), constitu en grande partie de tissu conjonctif l che avec des fibrilles de collag ne et d' lastine. Dans certaines r gions du tractus gastro-intestinal, des glandes (invaginations ou plis de la muqueuse) sont pr sentes dans la sous-muqueuse. Les plus gros troncs nerveux, vaisseaux sanguins et lymphatiques de la paroi intestinale se trouvent dans la sous-muqueuse, avec l'un des plexus du syst me nerveux ent rique (ENS), le plexus sous-muqueux. La musculeuse externe, ou musculeuse propria, se compose g n ralement de deux couches substantielles de cellules musculaires lisses : une couche circulaire interne et une couche longitudinale externe (voir Figure 27.2 ). Les fibres musculaires de la couche musculaire circulaire sont orient es circonf rentiellement, tandis que les fibres musculaires de la couche musculaire longitudinale sont orient es le long de l'axe longitudinal du tube. Chez l homme et la plupart des mammif res, la couche musculaire circulaire de l intestin gr le est subdivis e en une couche circulaire interne dense compos e de cellules plus petites et plus serr es et une couche circulaire externe. Entre les couches musculaires circulaires et longitudinales se trouve l autre plexus de l ENS, le plexus myent rique. Les contractions de la musculeuse externe m langent et font circuler le contenu de la lumi re et le propulsent le long du tractus gastro-intestinal. La paroi du tractus gastro-intestinal contient de nombreux neurones interconnect s. La sous-muqueuse contient un r seau dense de cellules nerveuses appel plexus sous-muqueux ( galement appel plexus de Meissner). Le plexus myent rique pro minent (plexus d Auerbach) est situ entre les couches musculaires lisses circulaires et longitudinales. Ces plexus intra-muros constituent l'ENS. L'ENS aide int grer les activit s motrices et s cr toires du syst me gastro-intestinal. Si les nerfs sympathiques et parasympathiques de l'intestin sont coup s, de nombreuses activit s motrices et s cr toires se poursuivent car l'ENS contr le directement ces processus. La s reuse, ou adventice, est la couche la plus externe du tractus gastro-intestinal et consiste en une couche de cellules m soth liales squameuses (voir Figure 27.2 ). Il fait partie du m sent re qui tapisse la surface de la paroi abdominale et suspend les organes de la cavit abdominale. Les membranes m sent riques s cr tent un liquide visqueux qui aide lubrifier les organes abdominaux afin que les organes puissent bouger lorsque les couches musculaires se contractent et se d tendent. M canismes de r gulation dans le tractus gastro-intestinal Contrairement aux syst mes cardiovasculaire ou respiratoire, le tractus gastro-intestinal subit des p riodes de quiescence relative (p riode interprandiale) et des p riodes d'activit intense apr s la prise de nourriture (p riode postprandiale). Par cons quent, le tractus gastro-intestinal doit d tecter et r agir de mani re appropri e la prise alimentaire. En outre, la teneur en macronutriments d'un repas peut varier consid rablement et il doit exister des m canismes capables de la d tecter et de d clencher des r ponses physiologiques appropri es. Ainsi, le tractus gastro-intestinal doit communiquer avec les organes associ s tels que le pancr as. Enfin, tant donn que le tractus gastro-intestinal est essentiellement un tube long, il doit exister des m canismes par lesquels les v nements survenant dans la partie proximale du tractus gastro-intestinal sont signal s aux parties les plus distales, et vice versa. Il existe trois principaux m canismes de contr le impliqu s dans la r gulation de la fonction gastro-intestinale : endocrinien, paracrine et neurocrine (Fig. 27.4). La r gulation endocrinienne d crit le processus par lequel la cellule sensible du tractus gastro-intestinal, une cellule ent roendocrinienne, cellule (CEE), r pond un stimulus en s cr tant un peptide r gulateur ou une hormone qui voyage via la circulation sanguine pour cibler les cellules loign es du point de s cr tion. Les cellules r pondant une hormone gastro-intestinale expriment des r cepteurs sp cifiques cette hormone. Les hormones lib r es par le tractus gastro-intestinal ont des effets sur les cellules situ es dans d'autres r gions du tractus gastro-intestinal ainsi que sur les structures glandulaires associ es au tractus gastro-intestinal, comme le pancr as. De plus, les hormones gastro-intestinales ont des effets sur d autres tissus qui ne jouent aucun r le direct dans la digestion et l absorption, notamment les cellules endocrines du foie et du cerveau. Les CEE sont remplis de granules s cr toires dont les produits |
Physiologie de Ganong et Levy | sont lib r s de la cellule en r ponse des stimuli chimiques et m caniques sur la paroi du tractus gastro-intestinal (Fig. 27.5). De plus, les CEE peuvent tre stimul es par un apport neuronal ou d autres facteurs non associ s un repas. Les CEE les plus courantes dans la paroi intestinale sont appel es du type ouvert ; ces cellules ont une membrane apicale qui est en contact avec la lumi re du tractus gastro-intestinal (g n ralement consid r e comme l'endroit o se produit la d tection) et une membrane basolat rale travers laquelle se produit la s cr tion. Il existe galement des CEE de type ferm dont une partie de leur membrane n'est pas en contact avec la surface luminale de l'intestin ; un exemple est la cellule de type ent rochromaffine (ECL) de l pith lium gastrique, qui s cr te de l histamine. Il existe de nombreux exemples d'hormones s cr t es par le tractus gastro-intestinal (voir Tableau 27.1 ); il convient de rappeler que la premi re hormone jamais identifi e tait la s cr tine, une hormone gastro-intestinale. L une des hormones gastro-intestinales les mieux caract ris es est la gastrine, qui est lib r e par les cellules endocrines situ es dans la paroi de la partie distale de l estomac. La lib ration de gastrine est stimul e par l'activation de l' coulement parasympathique vers le tractus gastro-intestinal, et la gastrine stimule puissamment la s cr tion d'acide gastrique au cours de la p riode postprandiale. Figue. 27.4 Les trois m canismes qui fonctionnent dans le tractus gastro-intestinal sont r gul s dans la r ponse int gr e aux repas. La r gulation paracrine d crit le processus par lequel un messager chimique ou un peptide r gulateur est lib r par une cellule de d tection (souvent une CEE) dans la paroi intestinale qui agit sur une cellule cible proche par diffusion travers l'espace interstitiel. Les agents paracrines exercent leurs actions sur plusieurs types de cellules diff rents dans la paroi du tractus gastro-intestinal, notamment les cellules musculaires lisses, les ent rocytes absorbants, les cellules s cr toires des glandes et m me sur d'autres CEE. Il existe plusieurs agents paracrines importants, et ils sont r pertori s dans Tableau 27.1 avec leur site de production, leur site d'action et leur fonction. L histamine est un m diateur paracrine important dans la paroi intestinale. Dans l estomac, l histamine est stock e et lib r e par les cellules ECL situ es dans les glandes gastriques. L'histamine se diffuse travers l'espace interstitiel de la lamina propria vers les cellules pari tales voisines et stimule la production d'acide. La s rotonine (5-hydroxytryptamine [5-HT]), lib r e par les neurones ent riques, les mastocytes des muqueuses et les CEE sp cialis es appel es cellules ent rochromaffines, r gule la fonction des muscles lisses et l'absorption d'eau travers la paroi intestinale. Il existe d'autres m diateurs paracrines dans la paroi intestinale, notamment les prostaglandines, l'ad nosine et l'oxyde nitrique (NO) ; les fonctions de ces m diateurs ne sont pas bien d crites, mais ils sont capables de produire des changements dans la fonction gastro-intestinale. Fig. 27.5 Micrographie lectronique d'un espace ouvert tapez une cellule endocrinienne dans le tractus gastro-intestinal. Notez les microvillosit s au niveau de la projection apicale et les granules s cr toires dans la partie basola-t rale de la cellule. K. Physiologie gastro-intestinale [S rie Physiologie Lange]. New York : McGraw Hill ; 2005. (avec l'aimable autorisation de Leonard R. Johnson, Ph.D.) De nombreuses substances peuvent tre la fois des r gulateurs paracrines et endocriniens de la fonction gastro-intestinale. Par exemple, la chol cystokinine, qui est lib r e par le duod num en r ponse aux prot ines et aux lipides alimentaires, agit localement sur les terminaisons nerveuses de mani re paracrine et affecte galement le pancr as. Ceci sera discut plus en d tail dans R gulation neuronale de la fonction gastro-intestinale Les nerfs et les neurotransmetteurs jouent un r le important dans la r gulation du fonctionnement du tractus gastro-intestinal. Dans sa forme la plus simple, la r gulation neuronale se produit lorsqu'un neurotransmetteur est lib r par une terminaison nerveuse situ e dans le tractus gastro-intestinal et que le neurotransmetteur a un effet sur la cellule innerv e. Cependant, dans certains cas, il n existe pas de synapses entre les nerfs moteurs et les cellules effectrices du tractus gastro-intestinal. La r gulation neuronale de la fonction gastro-intestinale est tr s importante au sein d un organe, ainsi qu entre des parties distantes du tractus gastro-intestinal. Il existe plusieurs sous-types de r cepteurs pour les hormones peptidiques r gulatrices lib r es par les cellules endocriniennes dans la paroi de l'intestin. La s lectivit des r cepteurs des hormones peptidiques est d termin e par des modifications post-traductionnelles, qui conf rent ensuite |
Physiologie de Ganong et Levy | la s lectivit des r cepteurs. Un exemple de ceci est le peptide YY (PYY). Il existe plusieurs sous-types de r cepteurs pour P YY, class comme Y1 Y7. PYY est lib r partir des cellules endocriniennes de la paroi intestinale, principalement en r ponse aux acides gras. Il est lib r sous forme de peptide de 36 acides amin s et se lie aux r cepteurs Y1, Y2 et Y5 ; cependant, il peut tre cliv en PYY3- 36par l'enzyme dipeptidylpeptidase IV, une peptidase membranaire. Cette forme du peptide est plus s lective pour le r cepteur Y 2. Ainsi, la pr sence de l'enzyme qui clive le peptide peut modifier la r ponse biologique la s cr tion de PYY. Peptide 1 de type glucagon (GLP 1) est un peptide r gulateur lib r par les cellules CEE dans la paroi intestinale en r ponse la pr sence de glucides luminaux et de lipides. 1 r sulte du traitement diff rentiel du g ne du glucagon, le m me g ne qui est exprim dans le pancr as et qui donne naissance au glucagon. 1 est impliqu dans la r gulation de la glyc mie via la stimulation de la s cr tion d insuline et galement de la biosynth se de l insuline. AgonistesduBPL L'administration du GLP 1 r duit galement l'app tit et la prise alimentaire et retarde la vidange gastrique, des r ponses qui peuvent contribuer am liorer la tol rance au glucose. Agonistes action prolong e pour le BPL 1 (par exemple, l'ex natide) ont t approuv s pour le traitement du diab te de type 2. La r gulation neuronale du tractus gastro-intestinal est tonnamment complexe. L intestin est innerv par deux ensembles de nerfs, les syst mes nerveux extrins que et intrins que. Le syst me nerveux extrins que est d fini comme les nerfs qui innervent l'intestin, avec des corps cellulaires situ s l'ext rieur de la paroi intestinale ; ces nerfs extrins ques font partie du syst me nerveux autonome (SNA). Le syst me nerveux intrins que, galement appel syst me nerveux ent rique, poss de des corps cellulaires contenus dans la paroi de l'intestin (plexus sous-muqueux et myent rique). Certaines fonctions gastro-intestinales d pendent fortement du syst me nerveux extrins que, tandis que d'autres peuvent avoir lieu ind pendamment du syst me nerveux extrins que et sont enti rement m di es par l'ENS. Cependant, les nerfs extrins ques peuvent souvent moduler le fonctionnement intrins que du syst me nerveux ( 27.6 Fig. 27.6 Contr le neuronal hi rarchique de la fonction GI. La stimulation du tractus gastro-intestinal provenant d'un repas (par exemple, chimique, m canique, osmotique) activera la fois les voies sensorielles (aff rentes) intrins ques et extrins ques, qui leur tour activeront les voies r flexes neuronales extrins ques et intrins ques. L'innervation neuronale extrins que de l'intestin s'effectue via les deux subdivisions principales du SNA, savoir l'innervation parasympathique et sympathique ( Figure 27.7 ). L'innervation parasympathique de l'intestin se fait via les nerfs vagues et pelviens. Le nerf vague, 10 me nerf cr nien, innerve l' sophage, l'estomac, la v sicule biliaire, le pancr as, la premi re partie de l'intestin, le caecum et la partie proximale du c lon. Les nerfs pelviens innervent la partie distale du c lon et la r gion ano-rectale, en plus des autres organes pelviens qui ne font pas partie du tractus gastro-intestinal. Conform ment l'organisation typique du syst me nerveux parasympathique, les corps des cellules nerveuses pr ganglionnaires se trouvent dans le tronc c r bral (vague) ou dans la moelle pini re sacr e (pelvienne). Les axones de ces neurones circulent dans les nerfs jusqu' l'intestin (nerfs vagues et pelviens, respectivement), o ils se synapsent avec les neurones postganglionnaires de la paroi de l'organe, qui dans ce cas sont des neurones ent riques de la paroi intestinale. Il n y a pas d innervation directe de ces nerfs eff rents vers les cellules effectrices situ es dans la paroi intestinale ; la voie de transmission se fait toujours via un neurone de l'ENS. Conform ment la transmission dans le SNA, la synapse entre les neurones pr ganglionnaires et postganglionnaires est une synapse nicotinique obligatoire. Autrement dit, la synapse entre les neurones pr ganglionnaires et postganglionnaires est m di e par l'ac tylcholine lib r e par la terminaison nerveuse et agissant sur les r cepteurs nicotiniques localis s sur le neurone postganglionnaire, qui dans ce cas est un neurone intrins que. L'innervation sympathique est assur e par les corps cellulaires de la moelle pini re et les fibres qui se terminent dans les ganglions pr vert braux (ganglions coeliaques, m sent riques sup rieurs et inf rieurs) ; ce sont les neurones pr ganglionnaires. Ces fibres nerveuses se synapsent avec les neurones postganglionnaires des ganglions, et les fibres quittent les ganglions et atteignent l'organe terminal le long des principaux vaisseaux sanguins et de leurs branches. Il existe rarement une synapse dans les ganglions paravert braux (en cha ne), comme on l |
Physiologie de Ganong et Levy | e voit avec l'innervation sympathique d'autres syst mes organiques. Certaines fibres sympathiques vasoconstrictrices innervent directement les vaisseaux sanguins du tractus gastro-intestinal, tandis que d'autres fibres sympathiques innervent les structures glandulaires de la paroi intestinale. Le SNA, la fois parasympathique et sympathique, transporte galement les fibres des neurones aff rents (vers le syst me nerveux central [SNC]) ; ceux-ci sont de nature sensorielle. Les corps cellulaires des aff rents vagaux se trouvent dans le nodule Ganglioncervical sup rieurGanglions pr vert braux1. Coeliaque2. M sent rique sup rieur3. M sent rique inf rieur 123 Fig. 27,7 Innervation extrins que du tractus gastro-intestinal, constitu e des subdivisions parasympathique (A) et sympathique (B) du syst me nerveux hydrique. ganglion. Ces neurones ont une projection centrale se terminant dans le noyau du tractus solitarius dans le tronc c r bral et l'autre terminale dans la paroi intestinale. Les corps cellulaires des neurones aff rents spinaux qui empruntent la voie sympathique sont organis s de mani re segmentaire et se trouvent dans les ganglions de la racine dorsale. Les terminaisons p riph riques des aff rences spinales et vagales sont situ es dans toutes les couches de la paroi intestinale, o elles d tectent des informations sur l' tat de l'intestin. Les neurones aff rents envoient cette information au SNC. Les informations envoy es au SNC transmettent la nature du contenu luminal (par exemple, acidit , teneur en nutriments, osmolalit du contenu luminal), ainsi que le degr d' tirement ou de contraction du muscle lisse. L'innervation aff rente est galement responsable de la transmission des stimuli douloureux au SNC. Les composants d'une voie r flexe - aff rents, inter-neurones et neurones eff rents - existent au sein de l'innervation extrins que du tractus gastro-intestinal. Ces r flexes peuvent tre enti rement m di s par le nerf vague (appel r flexe vagovagal), qui comporte la fois des fibres aff rentes et eff rentes. Les aff rences vagales envoient des informations sensorielles au SNC, o elles se synapsent avec un interneurone, qui pilote ensuite l'activit du motoneurone eff rent. Ces r flexes extrins ques sont tr s importants dans la r gulation de la fonction gastro-intestinale apr s l'ingestion d'un repas. Un exemple de r flexe vagovagal important est le r flexe de relaxation gastrique r ceptif, dans lequel la distension de l'estomac entra ne un rel chement du muscle lisse de l'estomac ; cela permet de remplir l'estomac sans augmentation de la pression intraluminale. En g n ral, comme pour d autres syst mes d organes visc raux, les syst mes nerveux parasympathique et sympathique ont tendance travailler en opposition. Mais ce n est pas aussi simple que dans le cas du syst me cardiovasculaire, par exemple. L'activation du syst me nerveux parasympathique est importante dans la r ponse int grative un repas et est discut e dans les chapitres suivants. Le syst me nerveux parasympathique entra ne g n ralement l activation de processus physiologiques dans la paroi intestinale, bien qu il existe des exceptions notables. En revanche, le sympathique Le syst me nerveux a tendance inhiber la fonction gastro-intestinale et est plus fr quemment activ dans des circonstances physiopathologiques. Dans l ensemble, l activation sympathique inhibe la fonction des muscles lisses. L exception cette r gle est l innervation sympathique des sphincters gastro-intestinaux, dans laquelle l activation sympathique tend induire la contraction des muscles lisses. De plus, le syst me nerveux sympathique joue un r le particuli rement important dans la r gulation du flux sanguin dans le tractus gastro-intestinal. L'ENS est constitu de deux plexus majeurs, qui sont des ensembles de corps de cellules nerveuses (ganglions) et de leurs fibres, tous originaires de la paroi intestinale ( 27.8). Le plexus myent rique se situe entre les couches musculaires longitudinales et circulaires, et le plexus sous-muqueux se situe dans la sous-muqueuse. Les brins interganglionnaires relient les neurones des deux plexus. Les neurones du SNA sont caract ris s fonctionnellement comme des neurones aff rents, des interneurones ou des neurones eff rents, similaires aux neurones de la partie extrins que du SNA. Ainsi, tous les composants d'une voie r flexe peuvent tre contenus dans l'ENS. Les stimuli dans la paroi intestinale sont d tect s par les neurones aff rents, qui activent les interneurones puis les neurones eff rents pour modifier leur fonction. De cette mani re, l ENS peut agir de mani re autonome par rapport l innervation extrins que. Cependant, comme nous l'avons d j vu, les neurones de l'ENS sont innerv s par des neurones extrins ques et la fonction de ces voies r flexes peut donc tre modul e par le syst me nerveux extrins que. Parce que l ENS est capable de remplir ses propres fonctions d int gration et de voies |
Physiologie de Ganong et Levy | r flexes complexes, on l appelle parfois le petit cerveau dans l intestin en raison de son importance et de sa complexit . On estime qu il y a autant de neurones dans l ENS que dans la moelle pini re. De plus, de nombreuses hormones gastro-intestinales agissent galement comme neurotransmetteurs dans l ENS et dans le cerveau dans les r gions impliqu es dans l coulement autonome. Ces m diateurs et peptides r gulateurs sont donc : Fig. 27.8 Le syst me nerveux ent rique dans la paroi du tractus gastro-intestinal. appel s peptides cerveau-intestin, et les composants extrins ques et intrins ques innervant l'intestin sont parfois appel s axe cerveau-intestin. R ponse du tractus gastro-intestinal un repas Ce chapitre d'introduction donne un aper u g n ral de l'anatomie et des m canismes de r gulation du tractus gastro-intestinal. Dans les chapitres suivants, nous discuterons de la r ponse int gr e un repas pour fournir les d tails de la physiologie gastro-intestinale. La r ponse un repas est classiquement divis e en phases : c phalique, orale, sophagienne, gastrique, duod nale et intestinale. Dans chaque phase, le repas pr sente certains stimuli (par exemple chimiques, m caniques et osmotiques) qui activent diff rentes voies (par exemple r flexes neuronaux, paracrines et humoraux) qui entra nent des changements dans la fonction effectrice (par exemple s cr tion et motilit ). Il existe des interactions consid rables entre les m canismes de r gulation qui ont t d crits, et cela sera discut dans les prochains chapitres. Comme pour le maintien de l hom ostasie dans d autres syst mes du corps, le contr le de la fonction gastro-intestinale n cessite des m canismes de r gulation complexes pour d tecter et agir de mani re dynamique. 1. Le tractus gastro-intestinal est un tube subdivis en r gions qui remplissent diff rentes fonctions associ es la digestion et l'absorption. 2. La muqueuse du tractus gastro-intestinal est subdivis e en couches : les couches muqueuse, sous-muqueuse et musculaire. 3. Il existe trois m canismes de contr le majeurs : hormonal, paracrine et neurocrine. 4. L'innervation du tractus gastro-intestinal est particuli rement int ressante car elle est constitu e de deux composants en interaction, extrins que et intrins que. 5. L'innervation extrins que (corps cellulaires situ s l'ext rieur de la paroi du tractus gastro-intestinal) comprend les deux subdivisions du Baldwin GS. Modification post-traductionnelle des peptides gastro-intestinaux. Dans : Johnson LR, d. Physiologie du tractus gastro-intestinal. 5e d. Waltham, MA : Presse acad mique ; 2012. Brierley SM, et al. Innervation du tractus gastro-intestinal par les nerfs aff rents spinaux et vagaux. Dans : Johnson LR, d. Physiologie du tractus gastro-intestinal. 5e d. Waltham, MA : Presse acad mique ; 2012. Brookes SJ et coll. Signalisation aff rente primaire extrins que dans l intestin. Nat Rev Gastroenterol H patol. 2013;10 : 286-296. Chao C, Hellmich M. Peptides gastro-intestinaux : gastrine, chol cystokinine, somatostatine et ghr line. Dans : Johnson LR, d. ANS : parasympathique et sympathique. Les deux ont une composante sensorielle (aff rente) importante. 6. Le syst me nerveux intrins que ou ent rique (corps cellulaires dans la paroi du tractus gastro-intestinal) peut agir ind pendamment de l'innervation neurale extrins que. 7. Lorsqu'un repas a lieu dans diff rentes r gions du tractus, les m canismes sensoriels d tectent la pr sence des nutriments et d clenchent des r ponses physiologiques appropri es dans cette r gion du tractus, ainsi que dans des r gions plus distales. Ces r ponses sont m di es par les voies endocriniennes, paracrines et neurocrines. Physiologie du tractus gastro-intestinal. 5e d. Waltham, MA : Presse acad mique ; 2012. Furness JB. Le syst me nerveux ent rique et la neurogastro-ent rologie. Nat Rev Gastroenterol H patol. 2012;9:286-294. Gomez GA, et al. Peptides gastro-intestinaux postpyloriques. Dans : Johnson LR, d. Physiologie du tractus gastro-intestinal. 5e d. Waltham, MA : Presse acad mique ; 2012. Parker HE, et coll. Le r le des cellules endocriniennes intestinales dans le contr le du m tabolisme et de l app tit. Exp Physiol. 2014;99 : 1116-1120. Sandoval DA, D'Alessio DA. Physiologie des peptides proglucagon : r le du glucagon et du GLP-1 dans la sant et la maladie. Physiol Rev.2015 ;95 : 513-548. 28 Les phases c phalique, orale et sophagienne de la r ponse int gr e un repas la fin de ce chapitre, l' tudiant devrait tre capable de r pondre aux questions suivantes : 1. Quelles sont les structures de l'anatomie fonctionnelle des glandes salivaires, y compris leurs l ments s cr toires ? 2. Quelles sont les phases c phalique et orale (quoi, pourquoi, comment a se passe) de la r ponse un repas ? 3. Quels sont les principes g n raux de la s cr tion le long du tractus gastro-intestinal (GI) (d'o proviennent les s cr tions, quels en sont les composants |
Physiologie de Ganong et Levy | ) ? 4. Comment les composants de la s cr tion varient-ils en fonction de la glande ou de la r gion du tractus gastro-intestinal ? 5. Quelle est la corr lation entre la composition et les fonctions de la s cr tion salivaire ? 6. Comment les s cr tions primaires et secondaires des glandes salivaires sont-elles g n r es et r gul es ? 7. Quelle est la s quence des v nements lors de la d glutition ? 8. Quels sont les stimulus et les voies neuronales g n rant le p ristaltisme sophagien primaire et secondaire ? 9. Quels changements dans la motilit gastrique se produisent lors de la d glutition et quelle en est la signification ? 10. Quelles sont les grandes fonctions de l sophage et des structures associ es en termes de protection et de propulsion ? e chapitre d crira les processus qui se produisent dans le tractus gastro-intestinal (GI) aux premiers stades de la r ponse int gr e un repas. Il y a des changements dans la physiologie du tractus gastro-intestinal (1) avant l'ingestion des aliments (phase c phalique), (2) lorsque les aliments ing r s sont dans la bouche (phase orale) et (3) lorsque les aliments sont transf r s de la bouche l' sophage. (la phase sophagienne). Les r ponses du tractus gastro-intestinal la pr sence de nourriture sont principalement associ es la pr paration du tractus gastro-intestinal la digestion et l'absorption. La principale caract ristique de la phase c phalique est l activation du tractus gastro-intestinal en pr vision du repas. Les stimuli impliqu s sont cognitifs et incluent l'anticipation ou la r flexion sur la consommation alimentaire, l'apport olfactif, apport visuel (voir ou sentir des aliments app tissants quand on a faim) et apport auditif. Ce dernier lien est peut- tre inattendu, mais il a t clairement d montr dans les exp riences de conditionnement classiques de Pavlov, dans lesquelles il a associ un stimulus auditif la pr sentation de nourriture aux chiens ; terme, le stimulus auditif seul pourrait stimuler la s cr tion. Une analogie r elle consiste probablement dire que le d ner est pr t. Tous ces stimuli entra nent une augmentation du flux neuronal parasympathique excitateur vers l intestin. Les apports sensoriels (par exemple l odorat) stimulent les nerfs sensoriels qui activent l coulement parasympathique du tronc c r bral. Les sites c r braux sup rieurs (par exemple, le syst me limbique, l hypothalamus, le cortex) sont galement impliqu s dans les composantes cognitives de cette r ponse. La r ponse peut tre la fois positive et n gative ; Ainsi, l anticipation de la nourriture et l tat psychologique d une personne, comme l anxi t , peuvent modifier la r ponse cognitive un repas. Cependant, la derni re voie commune est l activation du noyau moteur dorsal dans le tronc c r bral, la r gion o naissent les corps cellulaires des neurones pr ganglionnaires vagaux. L'activation du noyau entra ne une activit accrue des fibres eff rentes passant au tractus gastro-intestinal dans le nerf vague. leur tour, les fibres eff rentes activent les motoneurones postganglionnaires (appel s moteurs car leur activation entra ne un changement de fonction d'une cellule effectrice). L'augmentation de l' coulement parasympathique am liore la s cr tion salivaire, la s cr tion d'acide gastrique, la s cr tion d'enzymes pancr atiques, la contraction de la v sicule biliaire et la relaxation du sphincter d'Oddi (le sphincter entre le canal biliaire principal et le duod num). Toutes ces r ponses am liorent la capacit du tractus gastro-intestinal recevoir et dig rer la nourriture entrante. La r ponse salivaire est m di e par le neuvi me nerf cr nien ; les r ponses restantes sont m di es via le nerf vague. De nombreuses caract ristiques de la phase orale ne peuvent tre distingu es de la phase c phalique. La seule diff rence est que les aliments sont en contact avec la surface du tractus gastro-intestinal. Ainsi, des stimuli suppl mentaires sont g n r s par la bouche, la fois m caniques et chimiques (go t). Cependant, beaucoup de CHAPITRE 28 Les phases c phalique, orale et sophagienne de la r ponse int gr e un repas les r ponses initi es par la pr sence d'aliments dans la cavit buccale sont identiques celles initi es lors de la phase c phalique, car la voie eff rente est la m me. Les r ponses sp cifiquement initi es dans la bouche, qui consistent principalement en la stimulation de la s cr tion salivaire, seront ensuite voqu es. La bouche est importante pour la perturbation m canique des aliments et pour l'initiation de la digestion. La mastication subdivise et m lange les aliments avec les enzymes amylase salivaire et lipase linguale et avec la glycoprot ine mucine, qui lubrifie les aliments m cher et avaler. L'absorption est minime dans la bouche, bien que l'alcool et certains m dicaments soient absorb s par la cavit buccale, ce qui peut tre cliniquement important. Cependant, comme pour la phase c phalique, il est important de r ali |
Physiologie de Ganong et Levy | ser que la stimulation de la cavit buccale d clenche des r ponses dans le tractus gastro-intestinal le plus distal, notamment une augmentation de la s cr tion d'acide gastrique, une augmentation de la s cr tion d'enzymes pancr atiques, une contraction de la v sicule biliaire et un rel chement du sphincter d'Oddi. m di e par la voie vagale eff rente. Propri t s de la s cr tion Les s cr tions dans le tractus gastro-intestinal proviennent des glandes associ es au tractus (glandes salivaires, pancr as et foie), des glandes form es par la paroi intestinale elle-m me (par exemple, les glandes sous-muqueuses de l' sophage et du duod num) et de la muqueuse intestinale elle-m me. La nature exacte des produits de s cr tion peut varier consid rablement en fonction de la fonction de cette r gion du tractus gastro-intestinal. Cependant, ces s cr tions pr sentent plusieurs caract ristiques commun. Les s cr tions du tractus gastro-intestinal et des glandes associ es comprennent de l'eau, des lectrolytes, des prot ines et des agents humoraux. L'eau est essentielle pour g n rer un environnement aqueux permettant une action efficace des enzymes. La s cr tion d' lectrolytes est importante pour la g n ration de gradients osmotiques n cessaires au mouvement de l'eau. Les enzymes digestives pr sentes dans le liquide s cr t catalysent la d gradation des macronutriments contenus dans les aliments ing r s. De plus, de nombreuses prot ines suppl mentaires s cr t es le long du tractus gastro-intestinal ont des fonctions sp cialis es, dont certaines sont assez bien comprises, comme celles de la mucine et des immunoglobulines, et d autres qui commencent tout juste tre comprises, comme celles des peptides du tr fle. La s cr tion est initi e par de multiples signaux associ s au repas, notamment chimiques, osmotiques et composants m caniques. La s cr tion est provoqu e par l'action de substances effectrices sp cifiques appel es s cr tagogues agissant sur les cellules s cr toires. Les s cr tagogues fonctionnent de l'une des trois mani res d j d crites dans Chapitre 27 endocrinien, paracrine et neurocrine. Constituants des s cr tions Les composants s cr toires inorganiques sont sp cifiques une r gion ou une glande, en fonction des conditions particuli res requises dans cette partie du tractus gastro-intestinal. Les composants inorganiques sont des lectrolytes, notamment H+ et HCO3 . Deux exemples de s cr tions diff rentes incluent l'acide (HCl) dans l'estomac, qui est important pour activer la pepsine et d marrer la digestion des prot ines, et le HCO3 dans le duod num, qui neutralise l'acide gastrique et fournit des conditions optimales pour l'action des enzymes digestives dans l'intestin gr le. . Les composants organiques s cr toires sont galement sp cifiques une glande ou un organe et d pendent de la fonction de cette r gion de l'intestin. Les constituants organiques sont des enzymes (pour la digestion), de la mucine (pour la lubrification et la protection des muqueuses) et d'autres facteurs tels que des facteurs de croissance, des immunoglobulines, des acides biliaires et des facteurs d'absorption. Durant les phases c phalique et orale du repas, une stimulation consid rable de la s cr tion salivaire a lieu. La salive a diverses fonctions, notamment celles qui sont importantes pour les r ponses int gratives un repas et pour d'autres processus physiologiques ( Encadr 28.1 ). Les principales fonctions de la salive dans la digestion comprennent la lubrification et l'humidification des aliments avaler, la solubilisation des mati res pour le go t, l'initiation de la digestion des glucides, ainsi que l' limination et la neutralisation des s cr tions gastriques reflu es dans l' sophage. La salive poss de galement des actions antibact riennes importantes pour la sant globale de la cavit buccale et des dents. Anatomie fonctionnelle des glandes salivaires Il existe trois paires de glandes salivaires principales : parotide, sous-maxillaire et sublinguale. De plus, de nombreuses glandes plus petites se trouvent sur la langue, les l vres et le palais. Ces glandes sont les structures tubulo-alv olaires typiques des glandes situ es dans le tractus gastro-intestinal ( Figure 28.1 ). La partie acineuse de la glande est class e selon sa s cr tion majeure : s reuse ( aqueuse ), muqueuse ou mixte. La glande parotide produit principalement une s cr tion s reuse, la glande sublinguale s cr te principalement du mucus et la glande sous-maxillaire produit une s cr tion mixte. Les cellules des extr mit s s cr toires, ou acini, sont appel es cellules acineuses et sont caract ris es par des noyaux situ s la base, un r ticulum endoplasmique rugueux abondant et des granules s cr toires situ s au sommet qui contiennent l'enzyme amylase et d'autres prot ines s cr t es. Il existe galement des cellules muqueuses dans l'acinus ; les granules dans ces cellules sont plus grandes et contiennent la glycoprot ine sp cia |
Physiologie de Ganong et Levy | lis e mucine. Il existe trois types de conduits dans la glande qui transportent les s cr tions de l'acinus jusqu' l'ouverture de la bouche et modifient galement la s cr tion : les conduits intercalaires drainent le liquide acineux vers des conduits plus grands. Perturbation des aliments pour produire des particules plus petites Formation d'un bolus avaler Initiation de la digestion de l'amidon et des lipides Facilitation du go t Production de stimuli intraluminaux dans l'estomac R gulation de la prise alimentaire et du comportement d'ingestion Nettoyage de la bouche et action antibact rienne s lective Neutralisation du contenu gastrique reflu Muqueuse croissance et protection dans le reste du tractus gastro-intestinal Aide la parole 522 SECTION6Berne & Levy Physiologie Fig.28.1Structure g n rale de glandes s cr toires tubulo-alv olaires (par exemple, glandes salivaires, pancr as) associ es au tube digestif. Demilune de cellules s reuses Cellule s reuse Membrane basale Canal intercalaire Cellule muqueuse Canal salivaire (s cr toires), les canaux stri s, qui se d versent ensuite dans des canaux excr teurs encore plus grands. De plus, un seul grand conduit de chaque presse- toupe draine salive la bouche. Les cellules canalaires tapissant les canaux stri s, notamment, modifient la composition ionique et l'osmolarit de la salive. Composition de la salive Les propri t s importantes de la salive sont un d bit important par rapport la masse de la glande, une faible osmolarit , une concentration lev e de K+ et des constituants organiques, notamment des enzymes (amylase, lipase), de la mucine et des facteurs de croissance. Ces derniers ne sont pas importants dans la r ponse int gr e un repas mais sont essentiels au maintien long terme de la muqueuse du tractus gastro-intestinal. La composition inorganique d pend enti rement du stimulus et du d bit salivaire. Chez l'homme, la s cr tion salivaire est toujours hypotonique. Les principaux composants sont , Ca++ , Mg++ Na+ , K+ , HCO3 et Cl . Le fluorure peut tre s cr t dans la salive et la s cr tion de fluorure constitue la base du traitement oral au fluorure pour la pr vention des caries dentaires. La concentration des ions varie avec le taux de s cr tion ; le d bit de s cr tion salivaire est stimul pendant la p riode postprandiale. La s cr tion primaire est produite par les cellules acineuses des embouts s cr toires (ou acini) et est modifi e par les cellules canalaires lorsque la salive passe dans les conduits. La s cr tion primaire est isotonique et la concentration des ions majeurs est similaire celle du plasma. La s cr tion est principalement pilot e par la signalisation d pendante du Ca++, qui ouvre les canaux apicaux Cl dans les cellules acineuses. Cl s' coule donc dans la lumi re du conduit et tablit un gradient osmotique et lectrique. Parce que l pith lium de l acinus est relativement fuyant, Na+ et l eau traversent ensuite l pith lium via les jonctions serr es (c est- -dire via le transport paracellulaire). Un mouvement transcellulaire de l'eau peut galement se produire, m di par les canaux hydriques de l'aquaporine 5. La teneur en amylase et le taux de s cr tion de liquide varient en fonction du type et du niveau de stimulus. Au fur et mesure que le liquide passe le long des conduits, les cellules des canaux excr teurs et stri s modifient la composition ionique de la s cr tion primaire pour produire la s cr tion secondaire. Les cellules canalaires r absorbent Na+ et Cl et s cr tent K+ et HCO3 dans la lumi re. Na+ est chang contre des protons, mais certains des protons s cr t s sont ensuite r absorb s en change de K+. En revanche, HCO3 n'est s cr t qu'en change de Cl , alcalinisant ainsi la s cr tion salivaire. Au repos, la s cr tion salivaire finale est hypotonique et l g rement alcaline. L'alcalinit de la salive est importante pour limiter la croissance microbienne dans la bouche, ainsi que pour neutraliser l'acide gastrique reflu une fois la salive aval e. Lorsque la s cr tion salivaire est stimul e, il y a une l g re diminution de la concentration de K+ (mais elle reste toujours sup rieure aux concentrations plasmatiques), la concentration de Na+ augmente vers les niveaux plasmatiques et les concentrations de Cl et HCO3 augmentent, ainsi le liquide s cr t devient encore plus alcalin. ( Figure 28.2 ). A noter que la s cr tion de HCO3 peut tre directement stimul e par l'action des s cr tagogues sur les cellules canalaires. L' pith lium canalaire est relativement serr et manque d'expression d'aquaporine, et par cons quent l'eau ne peut pas suivre les ions assez rapidement pour maintenir l'isotonicit des d bits mod r s ou lev s pendant la s cr tion salivaire stimul e. Ainsi avec CHAPITRE 28 Les phases c phalique, orale et sophagienne de la r ponse int gr e un repas 1,0 2,0 3,0 4,0 D bit de salive (mL/min) Na+ Salive Plasma Cl K+ Cl Na+ K+ HCO 3 HCO 3 S CR TION PRIMAIRE contenant de l |
Physiologie de Ganong et Levy | 'amylase (presque isotonique ; niveaux de Na+, K+, Cl et probablement HCO3 similaires ceux du plasma) Modification du contenu ionique Fig. 28.2 A, Composition de la s cr tion salivaire en fonction du d bit salivaire compar e la concentration en ions dans le plasma. La salive est hypotonique par rapport au plasma tous les d bits. Le [HCO3 ] dans la salive d passe celui du plasma, sauf des d bits tr s faibles. B, Repr sentation sch matique du mod le en deux tapes de la s cr tion salivaire. La s cr tion primaire contenant de l'amylase et les lectrolytes sont produits dans la cellule acineuse. La concentration d' lectrolytes dans le plasma est similaire celle de la s cr tion primaire, mais elle est modifi e lors de son passage dans les conduits qui absorbent Na+ et Cl et s cr tent K+ et HCO3 . une augmentation du taux de s cr tion, il y a moins de temps pour la modification ionique par les cellules canalaires et la salive r sultante ressemble plus la s cr tion primaire et donc au plasma. Cependant, [HCO3 ] reste lev car la s cr tion des cellules canalaires et ventuellement des cellules acineuses est stimul e (voir Figure 28.2). Les constituants organiques de la salive prot ines et glycoprot ines sont synth tis s, stock s et s cr t s par les cellules acineuses. Les principaux produits sont l'amylase (une enzyme qui initie la digestion de l'amidon), la lipase (importante pour la digestion des lipides), la glycoprot ine (la mucine, qui forme du mucus lorsqu'elle est hydrat e) et le lysozyme (attaque les parois cellulaires bact riennes pour limiter la colonisation des bact ries dans la bouche). Bien que l amylase salivaire amorce le processus de digestion des glucides, elle n est pas n cessaire chez les adultes en bonne sant en raison de l exc s d amylase pancr atique. De m me, l importance de la lipase linguale n est pas claire. M tabolisme et flux sanguin des glandes salivaires Les glandes salivaires produisent un prodigieux flux de salive. Le taux maximal de production de salive chez l homme est d environ 1 ml/min/g de glande ; ainsi, ce rythme, les glandes produisent leur propre poids en salive chaque minute. Les glandes salivaires ont un m tabolisme lev et un d bit sanguin lev ; les deux sont proportionnels au taux de formation de salive. Le flux sanguin vers les glandes salivaires s cr tion maximale est environ 10 fois sup rieur celui d une masse gale de muscle squelettique en contraction active. La stimulation des nerfs parasympathiques vers les glandes salivaires augmente le flux sanguin en dilatant le syst me vasculaire des glandes. Le polypeptide intestinal vasoactif (VIP) et l'ac tylcholine sont lib r s par les terminaisons nerveuses parasympathiques des glandes salivaires et sont vasodilatateurs pendant la s cr tion. R gulation de la s cr tion salivaire Le contr le de la s cr tion salivaire est exclusivement neuronal. En revanche, le contr le de la plupart des autres s cr tions gastro-intestinales est principalement hormonal. La s cr tion salivaire est stimul e par les subdivisions sympathiques et parasympathiques du syst me nerveux autonome. L'excitation des nerfs sympathiques ou parasympathiques vers les glandes salivaires stimule la s cr tion salivaire. Le contr le physiologique principal des glandes salivaires lors de la r ponse un repas est assur par le syst me nerveux parasympathique. Si l'apport parasympathique est interrompu, la salivation est gravement alt r e et les glandes salivaires s'atrophient. Les fibres sympathiques des glandes salivaires proviennent du ganglion cervical sup rieur. Les fibres parasympathiques pr ganglionnaires voyagent via les branches des nerfs facial et glossopharyng (nerfs cr niens VII et IX, respectivement). Ces fibres forment des synapses avec les neurones postganglionnaires dans les ganglions situ s l'int rieur ou proximit des glandes salivaires. Les cellules et les canaux acineux sont dot s de terminaisons nerveuses parasympathiques. La stimulation parasympathique augmente la synth se et la s cr tion d'amylase salivaire et de mucines, am liore les activit s de transport de l' pith lium canalaire, augmente consid rablement le flux sanguin vers les glandes et stimule le m tabolisme et la croissance glandulaires. M canismes ioniques de la s cr tion salivaire La figure 28.3 montre une vue simplifi e des m canismes de s cr tion d'ions par les cellules s reuses acineuses. La membrane basolat rale de la cellule contient Na+,K+-ATPase et un symporteur Na+-K+-2Cl . Le gradient de concentration de Na+ travers la membrane basolat rale, qui d pend de Na+,K+-ATPase, constitue la force motrice de l'entr e de Na+ , K+ et Cl dans la cellule. Cl et HCO3 quittent la cellule acineuse et p n trent dans la lumi re via un canal anionique situ dans la membrane apicale de la cellule acineuse. Cette s cr tion d'anions entra ne l'entr e de Na+ et donc d'eau dans la lumi re acineuse travers les jonctions serr es relati |
Physiologie de Ganong et Levy | vement fuyantes. La s cr tion de liquide des cellules acineuses est fortement augment e en r ponse des l vations du [Ca++] intracellulaire suite l'activation du r cepteur muscarinique de l'ac tylcholine. La figure 28.4 montre un mod le simplifi des processus de transport d'ions dans les cellules pith liales des canaux excr teurs et stri s. La Na+,K+-ATPase situ e dans la membrane basolat rale maintient les gradients lectrochimiques pour Na+ et K+ qui pilotent la plupart des autres processus de transport ionique de la cellule. Dans la membrane apicale, le fonctionnement parall le de l'antiporteur Na+/H+, de l'antiporteur Cl /HCO3 et de l'antiporteur H+/K+ entra ne l'absorption de Na+ et Cl de la lumi re et la s cr tion de K+ et HCO3 dans la lumi re. La relative imperm abilit de l' pith lium canalaire l'eau emp che les conduits d'absorber trop d'eau par osmose. Fig.28.3M canisme de transport ionique impliqu dans la s cr tion d'amylase et d' lectrolytes dans les cellules acineuses salivaires. ATP2Cl HCO3LumenofacinusNa Na Na Cl Na K K K K H La d glutition peut tre initi e volontairement, mais elle est ensuite presque enti rement contr l e par r flexe. Le r flexe de d glutition est une s quence d v nements strictement ordonn s qui propulsent les aliments de la bouche vers le pharynx et de l vers l estomac. Ce r flexe inhibe galement la respiration et emp che l'entr e des aliments dans la trach e lors de la d glutition. La branche aff rente du r flexe de d glutition commence lorsque les r cepteurs tactiles, notamment ceux situ s pr s de l'ouverture du pharynx, sont stimul s. Les impulsions sensorielles de ces r cepteurs sont transmises une zone de la moelle et du pont inf rieur appel e centre de d glutition. Les impulsions motrices se propagent du centre de d glutition la musculature du pharynx et de la partie sup rieure de l' sophage via divers nerfs cr niens et vers le reste de l' sophage par les motoneurones vagaux. Le timing des v nements de d glutition est indiqu dans Figure 28.5 . La phase volontaire de d glutition est initi e lorsque le bout de la langue s pare un bolus de nourriture de la masse de nourriture pr sente dans la bouche. D abord, le bout de la langue, puis les parties les plus post rieures de la langue, appuient contre le palais dur. L action de la langue d place le bolus vers le haut puis vers l arri re dans la bouche. Le bolus est introduit de force dans le pharynx, o il stimule les r cepteurs tactiles. CHAPITRE 28 Les phases c phalique, orale et sophagienne de la r ponse int gr e un repas Fig.28.4 M canisme de transport ionique impliqu dans la s cr tion et l'absorption dans les cellules pith liales du canal stri et excr teur de la glande salivaire. ATPHCO3Lum ne du conduitNa Na Na Na Cl Cl K K K H H H Les cellules acineuses et les cellules canalaires des glandes salivaires r pondent la fois aux agonistes cholinergiques et adr nergiques. Les nerfs stimulent la lib ration d'ac tylcholine, de noradr naline, de substance P et de VIP par les glandes salivaires, et ces hormones augmentent la s cr tion d'amylase et le flux de salive. Ces neurotransmetteurs agissent principalement en augmentant la concentration intracellulaire d'ad nosine monophosphate cyclique (AMPc) et en augmentant la concentration de Ca++ dans le cytosol. L'ac tylcholine et la substance P, agissant respectivement sur les r cepteurs muscariniques et tachykinines, augmentent la concentration cytosolique de Ca++ dans les cellules s reuses acineuses. En revanche, la noradr naline, agissant sur les r cepteurs , et le VIP, se liant son r cepteur, l vent la concentration d'AMPc dans les cellules acineuses. Les agonistes qui augmentent la concentration d'AMPc dans les cellules s reuses acineuses provoquent une s cr tion riche en amylase ; les agonistes qui mobilisent le Ca++ provoquent une s cr tion plus volumineuse mais avec une concentration plus faible en amylase. Les agonistes mobilisant le Ca++ peuvent galement lever la concentration de guanosine monophosphate cyclique (GMPc), ce qui peut m dier les effets trophiques voqu s par ces agonistes. qui d clenchent le r flexe de d glutition. La phase pharyng e de la d glutition implique la s quence d' v nements suivante, qui se produisent en moins d'une seconde : 1. Le palais mou est tir vers le haut et le palais palatopharyng est tir vers le haut. les plis se d placent vers l'int rieur les uns vers les autres ; ces mouvements 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 Temps (sec) Bolus dans la bouche Le bolus traverse le pharynx et l'UES Le bolus p n tre dans l' sophage Langue pouss e vers le haut et vers l'arri re Nasopharynx ferm Larynx sur lev Voies respiratoires ferm es UES ouvertes Contractions du pharynx Fig. 28.5 Synchronisation des v nements moteurs dans le pharynx et UES lors d'une hirondelle. La x rostomie, ou bouche s che, est caus e par une alt ration de la s cr tion salivaire. Elle peut tre cong nitale ou se d velopper dan |
Physiologie de Ganong et Levy | s le cadre d un processus auto-immun. La diminution de la s cr tion r duit le pH dans la cavit buccale, ce qui provoque la carie dentaire et est associ des rosions sophagiennes. Une s cr tion r duite entra ne galement des difficult s avaler. La capacit de mesurer et de surveiller un large ventail de composants mol culaires r v lateurs de l tat de sant g n ral est utile pour le diagnostic et la surveillance. La salive est facile d acc s et sa collecte est non invasive. Il est utilis pour identifier les individus atteints de la maladie (pr sence de biomarqueurs) et pour suivre l volution des individus atteints sous traitement. En endocrinologie, les niveaux de st ro des peuvent tre mesur s sous forme libre plut t que sous forme libre et li e, comme dans le plasma (par exemple, l'hormone du stress cortisol et les hormones sexuelles estradiol, progest rone et testost rone). Les infections virales telles que le virus de l'immunod ficience humaine (VIH), l'herp s, l'h patite C et l'infection par le virus Epstein-Barr peuvent tre d tect es par des techniques de r action en cha ne par polym rase (PCR). Les infections bact riennes, telles que Helicobacter pylori, peuvent galement tre d tect es dans la salive, et la salive est galement utilis e pour surveiller les niveaux de m dicaments. emp cher le reflux des aliments dans le nasopharynx et ouvrir un passage troit par lequel les aliments p n trent dans le pharynx. 2. Les cordes vocales sont rapproch es et le larynx est d plac vers l'avant et vers le haut contre l' piglotte ; ces actions emp chent les aliments de p n trer dans la trach e et aident ouvrir le sphincter sup rieur de l' sophage (UES). 3. L'UES se d tend pour recevoir le bolus de nourriture. 4. Les muscles constricteurs sup rieurs du pharynx se contractent alors fortement pour forcer le bolus profond ment dans le pharynx. Une onde p ristaltique est initi e par la contraction des muscles constricteurs sup rieurs du pharynx et l'onde se d place vers l' sophage. Cette vague force le bolus de nourriture travers l'UES d tendu. Au cours de la phase pharyng e de d glutition, la respiration est galement inhib e par r flexe. Une fois que le bolus de nourriture passe l UES, une action r flexe provoque la constriction du sphincter. Le reflux gastro- sophagien (RGO) est commun ment appel br lures d'estomac ou indigestion. Cela se produit lorsque le sphincter inf rieur de l sophage permet au contenu acide de l estomac de refluer vers la partie distale de l sophage. Cette r gion de l sophage, contrairement l estomac, ne dispose pas d un syst me robuste pour prot ger la muqueuse. Ainsi, l'acide va activer les fibres douloureuses et entra ner ainsi inconfort et douleur. Ce n est pas un ph nom ne rare, m me chez les individus en bonne sant . long terme, un reflux continu peut entra ner des l sions de la muqueuse sophagienne. Dans ce cas, cette affection est class e comme RGO et peut tre trait e par des antagonistes des r cepteurs H2 qui r duisent la s cr tion d'acide gastrique (par exemple, la ranitidine [Zantac]) ou par des inhibiteurs de la pompe protons (par exemple, l'om prazole [Prilosec]). L' sophage, l'UES et le sphincter inf rieur de l' sophage (LES) remplissent deux fonctions principales ( Figure 28.6 ). Premi rement, ils propulsent la nourriture de la bouche vers l estomac. Deuxi mement, les sphincters prot gent les voies respiratoires lors de la d glutition et prot gent l sophage des s cr tions gastriques acides. Les stimuli qui d clenchent les changements dans l'activit des muscles lisses qui aboutissent ces fonctions propulsives et protectrices sont m caniques et consistent en une stimulation pharyng e lors de la d glutition et une distension de la paroi sophagienne elle-m me. Les voies sont exclusivement neuronales et impliquent des r flexes la fois extrins ques et intrins ques. Les aff rences m canosensibles des nerfs extrins ques (vagus) et des voies neuronales intrins ques r pondent la distension sophagienne. Ces voies comprennent des voies r flexes activ es via le tronc c r bral (extrins que, vague) ou uniquement des voies intrins ques. Le muscle stri est r gul partir du noyau ambigu du tronc c r bral, et le muscle lisse est r gul par l' coulement parasympathique via le nerf vague. Les changements de fonction r sultant des stimuli m canosensibles et de l'activation des voies r flexes sont le p ristaltisme des muscles stri s et lisses, le rel chement du SIO et le rel chement de la partie proximale de l'estomac. Anatomie fonctionnelle de l' sophage et structures associ es L' sophage, comme le reste du tractus gastro-intestinal, comporte deux couches musculaires, circulaire et longitudinale, mais l' sophage est l'un des deux endroits de l'intestin o se trouvent les muscles stri s, l'autre tant le sphincter anal externe. Le type de muscle (stri ou lisse) de l sophage varie sur sa longueur. L'UES et le LES sont form s respectivement par un pa |
Physiologie de Ganong et Levy | ississement du muscle lisse stri ou circulaire. Activit motrice pendant la phase sophagienne L'UES, l' sophage et le LES agissent de mani re coordonn e pour propulser le mat riel du pharynx vers l'estomac. la fin d'une d glutition, un bolus traverse l'UES et la pr sence du bolus, via la stimulation des m canor cepteurs et des voies r flexes, initie une onde p ristaltique (contraction et relaxation altern es du muscle) le long de l' sophage appel e p ristaltisme primaire. ( Figure 28.7 ). Cette onde descend lentement dans l sophage (3 5 cm/s). La distension de l' sophage par le bolus en mouvement en d clenche une autre. Fig.28.6L' sophage et les sphincters associ s ont de multiples fonctions impliqu es dans le mouvement des aliments de la bouche vers l'estomac et galement dans la protection des voies respiratoires et de l' sophage. Fonctions propulsivesEffets protecteursTransfert d'aliments vers l' sophage Permet l'entr e des aliments dans l' sophage Transporte le bolus du pharynx l'estomac Permet l'entr e des aliments dans l'estomac Prot ge les voies respiratoires des mati res aval es Prot ge les voies respiratoires du reflux gastrique limine les mati res reflu es de l'estomac Prot ge l' sophage du reflux gastrique LES sophage UES Pharynx CHAPITRE 28 Les phases c phalique, orale et sophagienne de la r ponse int gr e un repas Fig. 28.7 Modifications de la pression dans les diff rentes r gions du pharynx, de l' sophage et des sphincters associ s initi es lors d'une d glutition. La trace de pression est une repr sentation sch matique de celle obtenue lors de la manom trie chez un humain veill . La stimulation du pharynx par la pr sence d'un bolus initie une diminution de pression (= ouverture) de l'UES et une onde p ristaltique de contraction le long de l' sophage. La stimulation du pharynx d tend galement le muscle lisse du SIO pour pr parer l'entr e de la nourriture. Fig. 28.8 La d glutition sous forme de stimulation pharyng e induit une relaxation r flexe neuronale du SIO et de la partie proximale de l'estomac pour permettre l'entr e de la nourriture. vague appel e p ristaltisme secondaire. Fr quemment, un p ristaltisme secondaire r p titif est n cessaire pour d gager l sophage du bolus. La stimulation du pharynx par le bolus aval produit galement une relaxation r flexe du SIO et de la r gion la plus proximale de l'estomac. Ainsi lorsque le bolus atteint le SOI, il est d j d tendu pour permettre le passage du bolus dans l'estomac. De m me, la partie de l'estomac qui re oit le bolus est rel ch e. De plus, la distension sophagienne produit une relaxation r ceptive suppl mentaire de l estomac. La partie proximale de l'estomac se d tend en m me temps que le SIO ; cela se produit chaque d glutition et sa fonction est de permettre l'estomac d'accueillir de grands volumes avec une augmentation minimale de la pression intragastrique. Ce processus est appel relaxation r ceptive ( Figure 28.8 Le LES a galement d importantes fonctions de protection. Il participe la pr vention du reflux acide de l estomac vers l sophage. Une contraction tonique insuffisante du SIO est associ e un reflux, une rosion progressive de la muqueuse sophagienne, moins bien prot g e que la muqueuse gastrique et duod nale. Il existe galement des preuves selon lesquelles le p ristaltisme en l'absence de d glutition (p ristaltisme secondaire) est important pour liminer le contenu gastrique reflu . 1. Les phases c phalique et orale du repas partagent de nombreuses caract ristiques et pr parent le reste du tractus gastro-intestinal pour le repas ; ces r ponses sont m diation neuronale, principalement par le nerf vague eff rent. 2. La s cr tion salivaire a des fonctions importantes et, associ e la mastication des aliments, permet la formation d'un bolus qui peut tre aval et transmis le long de l' sophage jusqu' l'estomac. 3. La composition ionique de la s cr tion salivaire varie en fonction du d bit stimul au cours d'un repas. La s cr tion primaire provient des cellules des acini et est modifi e par les cellules pith liales lors de son passage dans les conduits. 4. La r gulation de la s cr tion salivaire est exclusivement neuronale ; L'innervation parasympathique est la plus importante dans la r ponse la nourriture. MA catalane, et al. S cr tion des glandes salivaires. Dans : Johnson LR, d. Physiologie du tractus gastro-intestinal. 5e d. Waltham, MA : Presse acad mique ; 2012. 5. Le r flexe de d glutition est une s quence d v nements strictement ordonn s qui propulsent les aliments de la bouche vers le pharynx et de l vers l estomac. 6. La fonction principale de l sophage est de propulser les aliments de la bouche vers l estomac. L' sophage poss de chaque extr mit des sphincters impliqu s dans des fonctions de protection importantes pour la d glutition et la pr servation de l'int grit de la muqueuse sophagienne. 7. Le p ristaltisme sophagien (primaire) est stimul par |
Physiologie de Ganong et Levy | une stimulation m canique du pharynx, et le p ristaltisme secondaire est stimul par la distension de la paroi sophagienne. 8. La fonction sophagienne et les sphincters associ s sont r gul s par des voies neuronales extrins ques et intrins ques. Lee MG et coll. M canisme mol culaire du liquide des glandes pancr atiques et salivaires et de la s cr tion de HCO3. Physiol R v. 2012 ; 92 : 39-74. Mittal RK. Fonction motrice du pharynx, de l' sophage et de ses sphincters. San Rafael, Californie : Morgan & Claypool Life Sciences ; 2011. la fin de ce chapitre, l' tudiant devrait tre capable de r pondre aux questions suivantes : 1. Quelles sont les principales fonctions de l'estomac monogastrique ? 2. Quelles sont les r gions fonctionnelles globales de l estomac ? 3. Quel est le r le de l pith lium gastrique dans la digestion et l absorption ? 4. Quel est le r le de la pompe protons dans le fonctionnement des cellules pari tales ? 5. Quels sont quelques exemples de la fa on dont la s cr tion d'acide gastrique est r gul e pendant la p riode postprandiale ? 6. Quelles sont les diff rences entre la protection et la d fense de la muqueuse gastrique ? 7. Quels sont les composants de l anatomie fonctionnelle du muscle lisse gastro-intestinal ? 8. Quelle est l importance des jonctions lacunaires, des cellules interstitielles de Cajal et des cellules du stimulateur cardiaque dans le fonctionnement du muscle lisse gastro-intestinal ? 9. Comment le rythme lectrique de base (onde lente) est-il g n r , comment est-il r gul par des messagers chimiques (hormones, paracrine, neurotransmetteurs) et qu'est-ce qui provoque les contractions associ es l'onde lente ? 10. Quels v nements physiologiques li s la motilit gastrique se produisent pendant la phase gastrique ? Dans ce chapitre, la physiologie du tractus gastro-intestinal (GI) lorsque la nourriture se trouve dans l'estomac (c'est- -dire la phase gastrique de la digestion) sera abord e. Cela inclut la fonction gastrique et sa r gulation, en plus des changements dans fonction qui se produit dans les r gions plus distales du tractus gastro-intestinal. Les principales fonctions de l'estomac sont d'agir comme un r servoir temporaire pour le repas et d'initier la digestion des prot ines par la s cr tion d'acide et de pepsinog ne, pr curseur de l'enzyme. D'autres fonctions sont r pertori es dans Encadr 29.1 Les aliments entrant dans l estomac par l sophage provoquent une stimulation m canique de la paroi gastrique via une distension et un tirement des muscles lisses. Les aliments, principalement des oligopeptides et des acides amin s, fournissent galement une stimulation chimique lorsqu'ils sont pr sents dans la lumi re gastrique. La r gulation de la fonction gastrique pendant la phase gastrique d pend des voies endocriniennes, paracrines et neuronales. Ces voies sont activ es par des stimuli m caniques et chimiques, qui entra nent des voies r flexes neuronales intrins ques et extrins ques importantes pour la r gulation de la fonction gastrique. Les neurones aff rents qui passent du tractus gastro-intestinal au syst me nerveux central (et dans une moindre mesure la moelle pini re) via le nerf vague r pondent ces stimuli m caniques et chimiques et activent l' coulement parasympathique. Les voies endocriniennes comprennent la lib ration de gastrine, qui stimule la s cr tion d'acide gastrique, et la lib ration de somatostatine, qui inhibe la s cr tion gastrique. Les voies paracrines importantes incluent la lib ration d'histamine, qui stimule la s cr tion d'acide gastrique. Les r ponses provoqu es par l'activation de ces voies comprennent la fois des r ponses s cr toires et motrices ; les r ponses s cr toires comprennent la s cr tion d'acide, de pepsinog ne, de mucus, de facteur intrins que, de gastrine, de lipase et de HCO3 . Globalement, ces s cr tions initient la digestion des prot ines et prot gent la muqueuse gastrique. Les r ponses motrices (modifications de l'activit des muscles lisses) comprennent l'inhibition de la motilit de la partie proximale de l'estomac (relaxation r ceptive) et la stimulation de la motilit de la partie distale de l'estomac, ce qui provoque un p ristaltisme antral. Ces changements dans la motilit jouent un r le important dans le stockage et le m lange du repas avec les s cr tions et participent galement la r gulation du flux du contenu hors de l'estomac. Anatomie fonctionnelle de l'estomac L'estomac est divis en trois r gions : le cardia, le corps ( galement appel fond ou corps) et l'antre ( Figure 29.1 ). Cependant, lorsqu on discute de la physiologie de l estomac, il est utile de le consid rer comme subdivis en deux r gions fonctionnelles : les parties proximale et distale de l estomac. La partie proximale de l'estomac (appel e proximale car la plus cr nienne) et la partie distale de l'estomac (la plus loign e de la bouche) ont des fonctions tr s diff rentes dans la r ponse postprandiale |
Physiologie de Ganong et Levy | un repas, dont nous parlerons plus tard. La muqueuse de l'estomac est recouverte d'un pith lium cylindrique repli en fosses gastriques ; chaque fosse est l'ouverture d'un conduit dans lequel se d versent une ou plusieurs glandes gastriques (Fig. 29.2). Les fosses gastriques repr sentent une fraction importante de la surface totale de la muqueuse gastrique. La muqueuse gastrique est divis e en trois r gions distinctes en fonction de la structure des glandes. La petite r gion glandulaire cardiaque, situ e juste en dessous du sphincter sophagien inf rieur (LES), contient principalement des cellules glandulaires s cr tant du mucus. Le reste de la muqueuse gastrique est divis en la r gion des glandes oxyntiques ou pari tales (s cr trices d'acide), situ e au-dessus de l'encoche gastrique ( quivalente la partie proximale de l'estomac), et la r gion des glandes pyloriques, situ e en dessous de l'encoche ( quivalente la partie proximale de l'estomac). partie distale de l'estomac). La structure d'une glande gastrique de la r gion glandulaire oxyntique est illustr e dans Figure 29.2 . Les cellules pith liales de surface s' tendent l g rement dans l'ouverture du conduit. L'ouverture de la glande s'appelle l'isthme et est tapiss e de cellules muqueuses superficielles et de quelques cellules pari tales. Les cellules du cou muqueux sont situ es dans le col troit de la glande. Les cellules pari tales ou oxyntiques, qui s cr tent du HCl et du facteur intrins que (impliqu dans absorption de la vitamine B12), et les cellules principales ou peptiques, qui s cr tent des pepsinog nes, sont situ es plus profond ment dans la glande. Les glandes oxyntiques contiennent galement des cellules de type ent rochromaffine (ECL) qui s cr tent de l'histamine et des cellules D qui s cr tent de la somatostatine. Les cellules pari tales sont particuli rement nombreuses dans les glandes du fond d' il, tandis que les cellules s cr tant du mucus sont plus nombreuses dans les glandes. Stockage : agit comme un r servoir temporaire pour le repas S cr tion de H+ pour tuer les micro-organismes et convertir le pepsinog ne en sa forme active S cr tion de facteur intrins que pour absorber la vitamine B12 (cobalamine) S cr tion de mucus et de HCO3 pour prot ger la muqueuse gastrique S cr tion d'eau pour la lubrification et pour fournir une suspension aqueuse de nutriments Activit motrice pour m langer les s cr tions (H+ et pepsine) avec les aliments ing r s Activit motrice coordonn e pour r guler la vidange du contenu dans le duod num de la r gion glandulaire pylorique (antrale). De plus, les glandes pyloriques contiennent des cellules G qui s cr tent l'hormone gastrine. Les glandes pari tales sont galement divis es en r gions : le cou (cellules muqueuses du cou et cellules pari tales) et la base (cellules peptiques/chefs et pari tales). Les cellules endocrines sont dispers es dans les glandes. Le liquide s cr t dans l estomac est appel suc gastrique. Le suc gastrique est un m lange des s cr tions des cellules pith liales de surface et des s cr tions des glandes gastriques. L un des composants les plus importants du suc gastrique est le H+, qui est s cr t selon un tr s grand gradient de concentration. Ainsi, la s cr tion de H+ par la muqueuse pari tale est un processus nergivore. Le cytoplasme de la cellule pari tale est dens ment rempli de mitochondries, qui, selon les estimations, remplissent 30 40 % du volume de la cellule. L une des fonctions majeures de H+ est la conversion du pepsinog ne inactif (le principal produit enzymatique de l estomac) en pepsines, qui initient la digestion des prot ines dans l estomac. De plus, les ions H+ sont importants pour pr venir l invasion et la colonisation de l intestin par des bact ries et d autres agents pathog nes pouvant tre ing r s avec les aliments. L'estomac s cr te galement des quantit s importantes de HCO3 et de mucus, qui sont importants pour la protection de la muqueuse gastrique contre l'environnement luminal acide et peptique. L' pith lium gastrique s cr te galement un facteur intrins que, n cessaire l'absorption de la vitamine B12 (cobalamine). Les fonctions des autres composants du suc gastrique sont redondantes, les s cr tions tant fournies plus distalement dans le tractus gastro-intestinal. Composition des s cr tions gastriques Comme les autres s cr tions gastro-intestinales, le suc gastrique est constitu de constituants inorganiques et organiques ainsi que d eau. Parmi les composants importants du suc gastrique figurent le HCl, les sels, Fig.29.1Les trois r gions fonctionnelles de l'estomac. Les r gions ont des s cr tions luminales diff rentes et des mod les d'activit musculaire lisse, r v lateurs de leurs fonctions uniques en r ponse la nourriture. CHAPITRE 29 La phase gastrique de la r ponse int gr e un repas 531 Ouverture de la fosse gastrique Ouverture de la fosse gastrique Fig. 29.2 Repr sentation de la structure de la muqueuse gastri |
Physiologie de Ganong et Levy | que montrant une coupe de la paroi de l'estomac (A) et un d tail de la structure des glandes gastriques et des types de cellules de la muqueuse (B). pepsines, facteur intrins que, mucus et HCO3 . La s cr tion de tous ces composants augmente apr s un repas. Constituants inorganiques du suc gastrique La composition ionique du suc gastrique d pend du taux de s cr tion. Plus le taux de s cr tion est lev , plus la concentration en ions H+ est lev e. des taux de s cr tion inf rieurs, [H+] diminue et [Na+] augmente. [K+] est toujours plus lev dans le suc gastrique que dans le plasma. Par cons quent, des vomissements prolong s peuvent entra ner une hypokali mie. Quel que soit le taux de s cr tion, Cl est l'anion majeur du suc gastrique. Le HCl gastrique convertit les pepsinog nes en pepsines actives et fournit le pH acide auquel les pepsines sont actives. Le taux de s cr tion gastrique de H+ varie consid rablement selon les individus. Chez l homme, les taux basaux (non stimul s) de production gastrique de H+ varient g n ralement d environ 1 5 mEq/h. Lors d'une stimulation maximale, la production de HCl s' l ve jusqu' 6 40 mEq/h. Le d bit basal est plus lev la nuit et le plus bas t t le matin. Le nombre total de cellules pari tales dans l'estomac des individus normaux varie consid rablement, et cette variation est en partie responsable de la large gamme de taux basaux et stimul s de s cr tion de HCl. Constituants organiques du suc gastrique Le constituant organique pr dominant du suc gastrique est le pepsinog ne, la proenzyme inactive de la pepsine. Les pepsines, souvent appel es collectivement pepsine , sont un groupe de prot ases s cr t es par les principales cellules des glandes gastriques. Les pepsinog nes sont contenus dans des granules de zymog ne li s la membrane dans les cellules principales. Les granules de Zymogen lib rent leur contenu par exocytose lorsque les cellules principales sont stimul es pour s cr ter. 29.1 R ponse un repas Tableau 29.1 ). Les pepsinog nes sont convertis en pepsines actives par le clivage des liaisons acido-labiles. Plus le pH est bas, plus la conversion est rapide. Les pepsines agissent galement de mani re prot olytique sur les pepsinog nes pour former davantage de pepsine. Les pepsines sont plus actives sur le plan prot olytique un pH de 3 et moins. Les pepsines peuvent dig rer jusqu' 20 % des prot ines contenues dans un repas typique, mais ne sont pas n cessaires la digestion, car leur fonction peut tre remplac e par celle des prot ases pancr atiques. Lorsque le pH de la lumi re duod nale est neutralis , les pepsines sont inactiv es par le pH neutre. Le facteur intrins que, une glycoprot ine s cr t e par les cellules pari tales de l'estomac, est n cessaire l'absorption normale de la vitamine B12. Le facteur intrins que est lib r en r ponse aux m mes stimuli qui provoquent la s cr tion de HCl par les cellules pari tales. M canismes cellulaires de la s cr tion d'acide gastrique Figure 29.3 ). Trajet des canalicules s cr toires ramifi s travers le cytoplasme Fig. 29.3 Ultrastructure des cellules pari tales. A. Cellule pari tale au repos montrant l'appareil tubulov siculaire dans le cytoplasme et le canalicule intracellulaire. B, Une cellule pari tale activ e qui s cr te de l'acide. Les tubulov sicules ont fusionn avec les membranes du canalicule intracellulaire, qui est maintenant ouvert sur la lumi re de la glande et tapiss d'abondantes microvillosit s longues. Figure 29.4 M canisme de s cr tion de H+ et Cl par une cellule pari tale activ e dans la muqueuse gastrique. ATP, ad nosine triphosphate. et sont reli s par une sortie commune la surface luminale de la cellule. Les microvillosit s tapissent les surfaces des canalicules s cr toires. Le cytoplasme des cellules pari tales non stimul es contient de nombreux tubules et v sicules appel s syst me tubulov siculaire. Les membranes des tubulov sicules contiennent les prot ines de transport responsables de la s cr tion de H+ et Cl dans la lumi re de la glande. Lorsque les cellules pari tales sont stimul es pour s cr ter du HCl (voir Fig. 29.3 ), les membranes tubulov siculaires fusionnent avec la membrane plasmique des canalicules s cr toires. Cette fusion membranaire tendue augmente consid rablement le nombre d'antiporteurs H+/K+ dans la membrane plasmique des canalicules s cr toires. Lorsque les cellules pari tales s cr tent de l'acide gastrique au taux maximal, H+ est pomp contre un gradient de concentration d'environ 1 million de fois. Ainsi, le pH est de 7 dans le cytosol des cellules pari tales et de 1 dans la lumi re de la glande gastrique. Le m canisme cellulaire de s cr tion de H+ par la cellule pari tale est d crit dans Figure 29.4 . Cl p n tre dans la cellule travers la membrane basolat rale en change de HCO3 g n r dans la cellule par l'action de l'anhydrase carbonique, qui produit HCO3 et H+ . H+ est s cr t travers la membrane luminale par la H+, |
Physiologie de Ganong et Levy | K+-ATPase en change de K+. Le K+ se recycle travers la membrane luminale via un canal K+. Cl p n tre dans la lumi re via un canal ionique (un canal Cl de la famille CLC) situ dans la membrane luminale. L'augmentation du Ca++ intracellulaire et de l'ad nosine monophosphate cyclique (AMPc) stimulent la conduction membranaire luminale de Cl et K+. L augmentation de la conductance K+ hyperpolarise la membrane luminale CHAPITRE 29 La phase gastrique de la r ponse int gr e un repas 533 potentiel, qui augmente la force motrice de l'efflux de Cl travers la membrane luminale. Le canal K+ dans la membrane basolat rale m die galement l'efflux de K+ qui s'accumule dans la cellule pari tale via l'activit de la H+,K+-ATPase. De plus, l'AMPc et le Ca++ favorisent le trafic des canaux Cl dans la membrane luminale, ainsi que la fusion des tubulov sicules cytosoliques contenant la H+,K+-ATPase avec la membrane des canalicules s cr toires (voir Les figures. 29,3 29,4 ). La s cr tion cellulaire pari tale de H+ s'accompagne galement du transport de HCO3 dans la circulation sanguine pour maintenir le pH intracellulaire. S cr tion de HCO3 Les cellules pith liales de surface s cr tent galement un liquide aqueux contenant du Na+ et du Cl des concentrations similaires celles du plasma mais avec des concentrations plus lev es de K+ et HCO3 . HCO3 est pi g par le mucus visqueux qui recouvre la surface de l'estomac ; ainsi le mucus s cr t par la muqueuse au repos tapisse l'estomac d'une couche alcaline collante. Lorsque de la nourriture est consomm e, les taux de s cr tion de mucus et de HCO3 augmentent. S cr tion de Mucus Les s cr tions contenant des mucines sont visqueuses et collantes et sont collectivement appel es mucus. Les mucines sont s cr t es par les cellules muqueuses du col situ es dans le col des glandes gastriques et par les cellules pith liales de surface de l'estomac. Le mucus est stock sous forme de gros granules dans le cytoplasme apical des cellules muqueuses du cou et des cellules pith liales de surface et est lib r par exocytose. Les mucines gastriques contiennent environ 80 % de glucides en poids et sont constitu es de quatre monom res similaires d'environ 500 000 Da chacun, li s entre eux par des liaisons disulfure (Fig. 29.5). Ces mucines t tram res forment un gel collant qui adh re la surface de l'estomac. Ce gel est soumis une prot olyse par les pepsines qui coupent les liaisons disulfure pr s du centre des t tram res. La prot olyse lib re des fragments qui ne forment pas de gels et dissout ainsi la couche muqueuse protectrice. Le maintien de la couche muqueuse protectrice n cessite la synth se continue de nouvelles mucines t tram res pour remplacer les mucines cliv es par les pepsines. Le mucus est s cr t un rythme important dans l estomac au repos. La s cr tion de mucus est stimul e par certains des m mes stimuli qui am liorent la s cr tion d'acide et de pepsinog ne, en particulier l'ac tylcholine lib r e par les terminaisons nerveuses parasympathiques proches des glandes gastriques. Si la muqueuse gastrique est m caniquement d form e, des r flexes neuronaux sont voqu s pour am liorer la s cr tion de mucus. R gulation de la s cr tion gastrique L innervation parasympathique via le nerf vague est le plus puissant stimulant de la s cr tion gastrique de H+. Les fibres eff rentes extrins ques se terminent sur les neurones intrins ques qui innervent les cellules pari tales, les cellules ECL qui s cr tent l'histamine, m diateur paracrine, et les cellules endocrines qui s cr tent l'hormone gastrine. De plus, la stimulation vagale entra ne la s cr tion de pepsinog ne, de mucus, de HCO3 et de facteur intrins que. La stimulation du syst me nerveux parasympathique se produit galement pendant la phase c phalique et orale du repas. Cependant, la phase gastrique produit la plus grande stimulation de la s cr tion gastrique de la p riode postprandiale ( Figure 29.6 La stimulation de la s cr tion d acide gastrique est un excellent exemple de r ponse feed-forward (ou cascade) qui utilise les voies endocriniennes, paracrines et neuronales. L'activation des neurones intrins ques par l'activit eff rente vagale entra ne la lib ration Noyau prot ique : prot g contre une prot olyse ult rieurePartie glycosyl e des cha nes glucidiques Noyaux peptidiques (r sistants aux Gaine de prot olyse ramifi e) cha nes glucidiques avec en moyenne 15 parties de sucres non glycosyl es par cha ne noyaux peptidiques avec ponts disulfure reliant les sous-unit s (site de prot olyse) Fig.29.5Repr sentation sch matique de la structure des mucines gastriques avant et apr s hydrolyse par la pepsine. Les mucines intactes sont des t tram res de quatre monom res similaires d'environ 500 000 Da. Chaque monom re est largement recouvert de cha nes lat rales glucidiques qui le prot gent de la d gradation prot olytique. La partie centrale du t tram re de mucine, proche des liaisons disulfure |
Physiologie de Ganong et Levy | , est plus sensible la digestion prot olytique. Les pepsines coupent les liaisons pr s du centre des t tram res pour lib rer des fragments de la taille des monom res. Fig.29.6 La r gulation neuronale de la s cr tion d'acide gastrique pendant la phase gastrique du repas est m di e par le nerf vague. La stimulation qui se produit dans les phases c phalique et orale (avant que les aliments n'atteignent l'estomac) entra ne une stimulation des cellules pari tales pour qu'elles s cr tent de l'acide et des cellules principales pour qu'elles s cr tent du pepsinog ne. Ainsi, lorsque la nourriture atteint l'estomac, la digestion des prot ines est initi e en g n rant un hydrolysat de prot ines, qui stimule davantage la s cr tion de gastrine par la muqueuse de l'antre gastrique. De plus, la distension gastrique active un r flexe vagovagal qui stimule davantage la s cr tion d acide gastrique et de pepsinog ne. H+ Pepsinog ne Endocrinien (gastrine) Oligopeptides Prot ine Pepsine Pepsine pH 2,0 Pepsinog ne H+ Pepsinog ne Gastrine Les voies neuronales intrins ques sont galement activ es par la distension Complexe vagal dorsal Neural (vagovagal) de l'ac tylcholine provenant des terminaisons nerveuses, qui active les cellules de l'estomac pith lium. Les cellules pari tales expriment des r cepteurs muscariniques et sont activ es pour s cr ter du H+ en r ponse l'activit du nerf eff rent vagal. De plus, l'activation parasympathique, via le peptide lib rant la gastrine des neurones intrins ques, lib re la gastrine des cellules G situ es dans les glandes gastriques de l'antre gastrique (voir Figure 29.6 ). La gastrine p n tre dans la circulation sanguine et, via un m canisme endocrinien, stimule davantage la cellule pari tale s cr ter du H+. Les cellules pari tales expriment les r cepteurs de la chol cystokinine de type 2 (CCK2) pour la gastrine. L'histamine est galement s cr t e en r ponse la stimulation du nerf vagal, et les cellules ECL expriment les r cepteurs muscariniques et gastrine. Ainsi, la gastrine et l'activit eff rente vagale induisent la lib ration d'histamine, qui potentialise les effets de la gastrine et de l'ac tylcholine sur la cellule pari tale. Par cons quent, l activation de l coulement parasympathique (vagal) vers l estomac est tr s efficace pour stimuler la cellule pari tale s cr ter de l acide ( Figure 29.7 Lors de la phase gastrique, la pr sence de nourriture dans l'estomac est d tect e et active les r flexes vagovagaux pour stimuler la s cr tion. La nourriture dans l'estomac entra ne une distension et un tirement, qui sont d tect s par des signaux aff rents. (ou sensorielles) terminaisons nerveuses de la paroi gastrique. Ce sont les terminaisons p riph riques des nerfs aff rents vagaux qui transmettent l'information au tronc c r bral et pilotent ainsi l'activit des fibres eff rentes vagales, un r flexe vagovagal (voir Figure 29.6 ). De plus, la digestion des prot ines augmente la concentration d'oligopeptides et d'acides amin s libres dans la lumi re, qui sont d tect s par les chimiocapteurs situ s dans la muqueuse gastrique. Les oligopeptides et les acides amin s stimulent galement l'activit aff rente vagale. La nature exacte du L'AC TYLCHOLINE, LA GASTRINE ET L'HISTAMINE STIMULENT LA CELLULE PARI TALE Fig.29.7La cellule pari tale est r gul e par des voies neuronales, hormonales et paracrines. L'activation de l' coulement pr ganglionnaire parasympathique vagal vers l'estomac agit de trois mani res pour stimuler la s cr tion d'acide gastrique. Il existe une innervation neuronale directe et une activation de la cellule pari tale via la lib ration d'ac tylcholine (A) par les neurones ent riques, qui agit sur la cellule pari tale via des r cepteurs muscariniques. De plus, l activation neuronale de la cellule ECL stimule la lib ration d histamine (H), qui agit via une voie paracrine pour stimuler la cellule pari tale. Enfin, les cellules G situ es dans les glandes gastriques de l'antre gastrique sont activ es par la lib ration du peptide lib rant la gastrine (GRP) par les neurones ent riques, qui agit sur les cellules G pour stimuler la lib ration de gastrine (G). La gastrine agit ensuite via une voie humorale pour stimuler la cellule pari tale. Les chimiocapteurs ne sont pas clairs mais peuvent impliquer des cellules endocriniennes qui lib rent leur contenu pour activer les terminaisons nerveuses. Ce sujet sera abord plus en d tail dans Chapitre 30. Il existe galement un important m canisme de r troaction n gative par lequel la pr sence d'acide dans la partie distale de l'estomac (antre) induit une boucle de r troaction pour inhiber la cellule pari tale de telle sorte que la s cr tion de H+ stimul e par les repas ne reste pas incontr l e. Lorsque la concentration de H+ dans la lumi re atteint un certain seuil (<pH 3), la somatostatine est lib r e par les cellules endocrines de la muqueuse antrale. La somatostatine a une action paracrine sur les cellules G voi |
Physiologie de Ganong et Levy | sines pour diminuer la lib ration de gastrine et ainsi diminuer la s cr tion d'acide gastrique (Fig. 29.8). Les r cepteurs de la membrane cellulaire pari tale pour l'ac tylcholine, la gastrine et l'histamine, ainsi que les seconds messagers intracellulaires par lesquels agissent ces s cr tagogues, sont repr sent s dans Figure 29.9 . L'histamine est l'agoniste le plus puissant de la s cr tion de H+, alors que la gastrine et l'ac tylcholine le sont beaucoup. Les cellules endocrines de la muqueuse de l'antre gastrique d tectent la pr sence de H+ et s cr tent de la somatostatine. Celui-ci agit son tour sur des r cepteurs sp cifiques des cellules G pour inhiber la lib ration de gastrine et provoquer ainsi l'inhibition de la s cr tion d'acide gastrique. Circulation Cellules G + Cellules D Lumi re antrale GastrineSomatostatine agonistes plus faibles. Cependant, l histamine, l ac tylcholine et la gastrine se renforcent mutuellement sur la cellule pari tale. Les antagonistes des r cepteurs histaminiques H2 (par exemple, la cim tidine [Tagamet]) bloquent la s cr tion acide stimul e par les s cr tagogues. Ainsi, une grande partie de la r ponse la gastrine r sulte de la lib ration d'histamine stimul e par la gastrine. La gastrine a galement des effets trophiques importants ; l' l vation des niveaux de gastrine entra ne une augmentation de la taille et du nombre des cellules ECL. La liaison de l'histamine aux r cepteurs H2 sur les membranes plasmiques des cellules pari tales active l'ad nylyl cyclase et l ve la concentration cytosolique d'AMPc. Ces v nements stimulent la s cr tion de H+ en activant les canaux K+ basolat raux et les canaux Cl apicaux et en provoquant l'insertion d'un plus grand nombre de mol cules H+,K+-ATPase et de canaux Cl dans la membrane plasmique apicale (voir Figure 29.4 ). L'ac tylcholine se lie aux r cepteurs muscariniques M3 et ouvre les canaux Ca++ dans la membrane plasmique apicale. L'ac tylcholine l ve galement le [Ca++] intracellulaire en favorisant la lib ration de Ca++ partir des r serves intracellulaires, ce qui am liore la s cr tion de H+ en activant les canaux K+ basolat raux et en provoquant l'insertion de davantage de mol cules H+, K+-ATPase et de canaux Cl dans la membrane plasmique apicale. La gastrine am liore la s cr tion acide en se liant aux r cepteurs CCK2 (Fig. 29.10 Digestion dans l'estomac Une certaine digestion des nutriments a lieu dans l'estomac. Cependant, cela n est pas n cessaire pour la digestion compl te d un repas ; la digestion intestinale est suffisante. Une certaine digestion des glucides m di e par l'amylase se produit dans l'estomac. L'amylase est sensible au pH et inactiv e faible pH ; cependant, une certaine amylase est active m me dans l environnement gastrique acide de l estomac en raison de la protection du substrat. Ainsi, lorsque les glucides occupent le site actif de l amylase, ils prot gent l enzyme de la d gradation. Fig.29.9Stimulation parasympathique vagale des s cr tions gastriques via les neurones ent riques. Les neurones pr ganglionnaires vagaux innervent le plexus myent rique et sous-muqueux. Les terminaisons des neurones pr ganglionnaires vagaux innervent de nombreux neurones ent riques et provoquent ainsi des changements de fonction comme d crit dans Figue. 29.7 . ACh, ac tylcholine; GRP, peptide lib rant la gastrine. Fig.29.10M canismes de transduction du signal montrant le m canisme d'action des agonistes (s cr tagogues) et des antagonistes qui r gulent la s cr tion dans les cellules pari tales. L'ac tylcholine (ACh) se lie aux r cepteurs muscariniques M3. L'histamine agit via le r cepteur H2. La gastrine se lie au r cepteur de la chol cystokinine de type 2 (CCK2). L'activation des r cepteurs M3 et CCK2 entra ne l'ouverture des canaux Ca++ et la lib ration de Ca++ des r serves intracellulaires et donc une augmentation du [Ca++] cytosolique. L'activation des r cepteurs H2 active l'ad nylyl cyclase pour augmenter les niveaux intracellulaires d'AMPc. Ac, ad nylyl cyclase; ACh, ac tylcholine; CCK, chol cystokinine ; DAG, diacylglyc rol; EGF, facteur de croissance pidermique ; IP3, inositol triphosphate ; PGE2, prostaglandine E2 ; PIP2, phosphatidylinositol 4,5-diphosphate ; PKC, prot ine kinase C ; PLC, prot ine lipase C ; TGF- , facteur de croissance transformant . La digestion des lipides commence galement dans l estomac. Les mod les de m lange de la motilit gastrique entra nent la formation d'une mulsion de lipides et de lipase gastrique, qui se fixe la surface des gouttelettes lipidiques de l' mulsion et g n re des acides gras libres et des monoglyc rides partir des triglyc rides alimentaires. Cependant, le degr d'hydrolyse des triglyc rides est d'environ 10 % et l'hydrolyse n'est pas essentielle la digestion et l'absorption normales des triglyc rides. lipides alimentaires. De plus, comme discut dans le chapitre suivant, les produits de la lipolyse ne peuvent pas tre absorb s dans l estomac |
Physiologie de Ganong et Levy | en raison de son faible pH luminal. Le mucus et le HCO3 prot gent la surface de l'estomac des effets du H+ et des pepsines. Le gel de mucus protecteur qui se forme sur la surface luminale de l'estomac, ainsi que les s cr tions alcalines pi g es l'int rieur, constituent une barri re muqueuse gastrique qui emp che les dommages la muqueuse par le contenu gastrique ( Figure 29.11 ). La couche de gel de mucus, d'une paisseur d'environ 0,2 mm, s pare efficacement les s cr tions riches en HCO3 des cellules pith liales de surface du contenu acide de la lumi re gastrique. Le mucus permet de maintenir le pH des cellules pith liales un niveau presque neutre malgr un pH luminal d'environ 2. Le mucus ralentit galement la diffusion de l'acide et des pepsines la surface des cellules pith liales. La protection de l pith lium gastrique d pend la fois de la s cr tion de mucus et de HCO3 . Pour comprendre la motilit gastro-intestinale, il est n cessaire de revoir certaines propri t s de la fonction des muscles lisses. Le mouvement de la paroi intestinale r git le flux du contenu luminal sur toute sa longueur ; les principaux mod les de motilit sont le m lange (segmentation) et la propulsion (p ristaltisme). De plus, l activit des muscles lisses de l estomac et du c lon assure une fonction de stockage. Fig.29.11La surface de l'estomac est prot g e par la barri re muqueuse gastrique. Le tamponnage par les s cr tions riches en HCO3 - et la viscosit lev e de la couche de mucus permettent au pH la surface cellulaire de rester proche de 7, alors que le pH du suc gastrique dans la lumi re est de 2. Anatomie fonctionnelle du muscle lisse gastro-intestinal Le muscle lisse du tractus gastro-intestinal a une structure similaire celle des autres muscles lisses du corps. Les cellules fusiformes sont regroup es en faisceaux entour s d une gaine de tissu conjonctif. Les jonctions lacunaires couplent fonctionnellement les cellules musculaires lisses afin que la contraction des faisceaux se produise de mani re synchrone. Les cellules interstitielles de Cajal (ICC) sont un groupe sp cialis de cellules de la paroi intestinale impliqu es dans la transmission de l'information des neurones ent riques aux cellules musculaires lisses ( Figure 29.12 ). On pense galement que les CCI sont des cellules stimulateurs cardiaques qui ont la capacit de g n rer le rythme lectrique de base, ou activit ondes lentes, qui est une caract ristique constante du muscle lisse gastro-intestinal ( Figure 29.13). lectrophysiologie du muscle lisse gastro-intestinal La variation cyclique du potentiel membranaire au repos du muscle lisse gastro-intestinal est appel e rythme lectrique de base ou onde lente. La fr quence des ondes lentes est de 3 5 par minute dans l'estomac et d'environ 12 20 par minute dans l'intestin gr le ; elle diminue 6 8 par minute dans le c lon. La fr quence de l'onde lente est d termin e par une r gion de stimulateur cardiaque situ e dans les diff rentes r gions du tractus gastro-intestinal (voir Figure 29.13 ). On pense que les ondes lentes sont g n r es par les ICC. Ces cellules sont situ es dans une fine couche entre les directions longitudinale et Des ondes lentes sont g n r es dans les cellules interstitielles de Cajal Onde lente conduite vers les cellules musculaires lisses Fig.29.12Repr sentation sch matique des cellules interstitielles du r seau Cajal dans la paroi musculaire lisse du tractus gastro-intestinal. couches circulaires de la musculeuse externe et d autres endroits de la paroi du tractus gastro-intestinal. Les cellules interstitielles poss dent la fois les propri t s des fibroblastes et des cellules musculaires lisses. Leurs longs processus forment des jonctions lacunaires avec les cellules musculaires lisses longitudinales et circulaires ; les jonctions lacunaires permettent aux ondes lentes d' tre conduites rapidement vers les deux couches musculaires. tant donn que les jonctions lacunaires couplent lectriquement et chimiquement les cellules musculaires lisses des couches longitudinales et circulaires, l'onde lente se propage dans tout le muscle lisse de chaque segment du tractus gastro-intestinal. 538 SECTION6Berne & Levy Physiologie Fig.29.13L'amplitude de l'onde lente d termine la force de la contraction musculaire. L'onde lente initiera une contraction du muscle lisse lorsqu'elle atteint une amplitude seuil. L'amplitude de l'onde lente est modifi e par la lib ration de neurotransmetteurs par les neurones ent riques. Au repos Stimul Inhib Potentiel membranaire Tonus musculaire Potentiel membranaire Tonus musculaire Potentiel membranaire Tonus musculaire Il arrive parfois que la barri re de la muqueuse gastrique choue. Les l sions superficielles de la muqueuse gastro-intestinale n impliquant pas la sous-muqueuse sont appel es rosions. Ils gu rissent g n ralement sans intervention. En revanche, les l sions de la muqueuse gastro-intestinale impliqu |
Physiologie de Ganong et Levy | ant la musculeuse et les couches plus profondes sont appel es ulc res. Les rosions et les ulc res gastriques et duod naux r sultent d'un d s quilibre entre les m canismes qui prot gent la muqueuse et les facteurs agressifs qui peuvent la d truire. Un estomac/duod num sain offre une protection naturelle suffisante contre les effets destructeurs du H+. Les facteurs qui amplifient l'effet nocif du H+ sur l'estomac/duod num ou qui agissent s par ment du H+ comprennent la pepsine, la bile, la bact rie Helicobacter pylori et la classe de m dicaments appel s anti-inflammatoires non st ro diens (AINS). En effet, les maladies ulc reuses deviennent plus courantes mesure que la population vieillit et a davantage besoin d'AINS pour les probl mes non gastro-intestinaux tels que l'arthrite. L'alcool, le tabac et la caf ine sont galement des facteurs de risque d'ulc res. Les agents infectieux peuvent galement causer gastrite (inflammation de l' pith lium gastrique). H. pylori est une bact rie spirale qui est d sormais largement reconnue comme l'un des facteurs pouvant conduire la gastrite, la formation d'ulc res et, chez l'homme, au carcinome gastrique. H. pylori existe dans l'estomac car il s cr te une enzyme, l'ur ase, qui convertit l'ur e en NH3, qui est utilis pour tamponner H+ en formant NH4 + . Un traitement antibiotique agressif, parfois associ un inhibiteur de la H+,K+-ATPase, peut souvent liminer l'infection, apr s quoi les sympt mes de la gastrite et de l'ulc re s'am liorent. L'amplitude et, dans une moindre mesure, la fr quence de l'onde lente peuvent tre modul es par l'activit des nerfs intrins ques et extrins ques et par les hormones et substances paracrines. Si la d polarisation de l'onde lente d passe le seuil, un train de potentiels d'action peut se d clencher lors du pic de l'onde lente. Les potentiels d'action dans le muscle lisse gastro-intestinal sont plus prolong s (10 20 ms) que ceux du muscle squelettique et ont peu ou pas de d passement. La phase ascendante du potentiel d'action est provoqu e par le flux d'ions travers des canaux qui conduisent la fois le Ca++ et le Na+ et qui sont relativement lents s'ouvrir. Le Ca++ qui p n tre dans la cellule pendant le potentiel d action aide initier la contraction. L' tendue de la d polarisation des cellules et la fr quence des potentiels d'action sont augment es par certaines hormones et agonistes paracrines ainsi que par les neurotransmetteurs des terminaisons nerveuses ent riques excitatrices (par exemple, l'ac tylcholine et la substance P). Les hormones inhibitrices et les substances neuroeffectrices (par exemple, le polypeptide intestinal vasoactif et l'oxyde nitrique) hyperpolarisent les cellules musculaires lisses et peuvent diminuer ou supprimer les pics de potentiel d'action. Les ondes lentes qui ne sont pas accompagn es de potentiels d'action provoquent peu ou pas de contraction des cellules musculaires lisses. Des contractions beaucoup plus fortes sont voqu es par la pr sence de potentiels d'action. Plus le nombre de potentiels d'action qui se produisent au sommet d'une onde lente est lev , plus la contraction du muscle lisse est intense. tant donn que les cellules musculaires lisses se contractent plut t lentement (environ un dixi me de la vitesse des cellules musculaires squelettiques), les contractions individuelles provoqu es par chaque potentiel d'action dans un train ne provoquent pas de contractions distinctes ; ils s additionnent plut t temporellement pour produire un niveau de tension qui augmente progressivement. Entre les trains de potentiels d action, la tension d velopp e par le muscle lisse gastro-intestinal diminue, mais pas jusqu z ro. Cette tension non nulle au repos, ou de base, du muscle lisse est appel e tonus. Le tonus du muscle lisse gastro-intestinal est modifi par les neuroeffecteurs, les hormones, les substances paracrines et les m dicaments et est important dans les sphincters ainsi que dans les r gions o le stockage du contenu est important, comme l'estomac et le c lon. Mod les sp cialis s de motilit Le p ristaltisme est un anneau de contraction mobile qui propulse la mati re le long du tractus gastro-intestinal. Cela implique une contraction et une relaxation m diation neuronale des deux couches musculaires. Le p ristaltisme se produit dans le pharynx, l' sophage, l'antre gastrique et l'intestin gr le et le gros intestin. Les contractions segmentaires produisent des zones troites de segments contract s entre les segments d tendus. Ces mouvements permettent le m lange du contenu luminal avec les s cr tions du tractus gastro-intestinal et augmentent l'exposition aux surfaces muqueuses o se produit l'absorption. La segmentation se produit principalement dans l'intestin gr le et le gros intestin. Il existe galement des mod les pathologiques caract ristiques de motilit . Pendant le spasme, l'activit contractile maximale se produit continuellement de mani re d r gul e. Dans l'il |
Physiologie de Ganong et Levy | us, l'activit contractile est nettement diminu e ou absente ; elle r sulte souvent d'une irritation du p ritoine, comme cela se produit en chirurgie, en p ritonite et en pancr atite. Anatomie fonctionnelle de l'estomac Comme indiqu , l'estomac est divis en deux r gions fonctionnelles : proximale et distale, avec des sphincters au niveau chaque extr mit . Le SIO et le cardia (d finis comme la r gion de l'estomac entourant imm diatement le SIO) ont des fonctions importantes. La relaxation du SIO et du cardia permet l'entr e des aliments de l' sophage dans l'estomac et la lib ration de gaz, appel s ructations. En maintenant le tonus, le reflux du contenu de l'estomac vers l' sophage est vit . La partie proximale de l estomac (le fond d il avec le corps) produit de lents changements de tonus compatibles avec sa fonction de r servoir. Il est important pour recevoir et conserver les aliments et pour m langer leur contenu avec le suc gastrique ( Tableau 29.2 ). La g n ration de tonus dans la partie proximale de l estomac est galement une force motrice importante dans la r gulation de la vidange gastrique. Un tonus faible et, par cons quent, une pression intragastrique faible sont associ s une vidange gastrique retard e ou lente, et une augmentation du tonus dans cette r gion est n cessaire pour que la vidange gastrique se produise. La partie distale de l'estomac est importante pour le m lange du contenu gastrique et pour la propulsion travers le pylore et dans le duod num. Les couches musculaires dans la r gion de l'antre gastrique sont beaucoup plus paisses que dans les r gions les plus proximales de l'estomac, et l'antre est donc capable de produire de fortes contractions phasiques. Les contractions initi es par l'onde lente commencent dans la partie m diane de l'estomac et se d placent vers le pylore. La force de ces contractions varie au cours de la p riode postprandiale. Dans la phase gastrique du repas, le pylore est g n ralement ferm et ces contractions antrales servent m langer le contenu gastrique et r duire la taille des particules solides (broyage). Cependant, terme, ces contractions antrales sont galement importantes pour vider l estomac de son contenu. Le sphincter pylorique est la jonction gastroduod nale et est d fini comme une zone de muscle circulaire paissi. Il s agit d une r gion de haute pression g n r e par la contraction tonique des muscles lisses. C est important dans la r gulation de la vidange gastrique. Contr le de la motilit gastrique pendant la phase gastrique La motilit gastrique est hautement r gul e et coordonn e pour remplir les fonctions de stockage et de m lange. La r gulation de la vidange du contenu dans l'intestin gr le, une partie importante de la fonction motrice gastrique, sera examin e en d tail dans la discussion sur la phase duod nale du repas, car les contr les sont g n r s dans le duod num. Les stimuli r gulant la fonction motrice gastrique qui r sultent de la pr sence du repas dans l'estomac sont la fois m caniques et chimiques et incluent la distension et la pr sence de produits de digestion prot ique (acides amin s et petits peptides). Les voies r gulant ces processus sont principalement neuronales et consistent en des r flexes vagovagales initi s par des fibres aff rentes vagales extrins ques qui se terminent dans le muscle et la muqueuse. Les aff rences muqueuses r pondent des stimuli chimiques et les aff rences m canosensibles r pondent la distension et la contraction des muscles lisses. Cette stimulation aff rente entra ne une activation r flexe de l' coulement vagal eff rent (parasympathique) et une activation des neurones ent riques qui innervent le muscle lisse. L'activation des neurones ent riques produit des effets la fois inhibiteurs et excitateurs sur le muscle lisse gastrique ; ces effets varient selon la r gion de l'estomac. Ainsi, la distension de la paroi gastrique entra ne une inhibition des muscles lisses dans la partie proximale de l'estomac et une adaptation r flexe ult rieure, qui permet l'entr e et le stockage du repas avec une augmentation minimale de la pression intragastrique. En revanche, le sch ma moteur pr dominant de la partie distale de l estomac pendant la phase gastrique du repas est l activation des muscles lisses pour produire et renforcer les contractions antrales. Le rythme des contractions antrales est fix par le stimulateur gastrique ; cependant, l'ampleur des contractions est r gul e par la lib ration de neurotransmetteurs par les neurones ent riques, notamment la substance P et l'ac tylcholine, qui augmentent le niveau de d polarisation du muscle lisse et produisent donc des contractions plus fortes. Dans cette phase du repas, le pylore est en grande partie ferm . Ainsi les contractions antrales auront tendance d placer le contenu vers le pylore ; cependant, comme le pylore est ferm , le contenu sera renvoy vers la partie la plus proximale de l'estomac. De cette fa on, le cont |
Physiologie de Ganong et Levy | enu gastrique sera m lang . De plus, les contractions antrales peuvent obstruer la lumi re, et ainsi des particules plus grosses seront dispers es, un processus appel broyage ( Figure 29.14 D but de la contraction antrale terminale compl te Contraction antrale La force de r tropulsion est une augmentation de la pression dans l'antre terminal mesure que la contraction antrale s'approche du pylore ferm . Fig.29.14L'activit coordonn e du muscle lisse des parties proximale et distale de l'estomac et du sphincter pylorique entra ne un m lange et un broyage dans l'antre gastrique. L'onde p ristaltique descend le corps gastrique et l'antre vers le pylore. Si le pylore est ferm , le contenu de l'antre gastrique est r tropuls vers la partie la plus proximale de l'estomac. Ce mod le de motilit entra ne le broyage et le m lange des aliments avec les s cr tions de la paroi gastrique et conduit finalement une r duction de la taille des particules et la pr sence de produits digestifs qui se d verseront dans le duod num. 1. Les principales fonctions de l estomac sont le stockage et l initiation de la digestion des prot ines. 2. La r gulation de la fonction gastrique est pilot e par des voies neuronales extrins ques et intrins ques ainsi que par des m diateurs humoraux (gastrine) et paracrine (histamine) cl s. 3. Les principales s cr tions de l estomac sont l acide et le pepsinog ne, qui ensemble d clenchent la digestion des prot ines. 4. H+ est s cr t travers la membrane plasmique apicale des cellules pari tales via la H+,K+-ATPase. 5. L estomac s cr te galement un facteur intrins que, impliqu dans l absorption de la vitamine B12. Huizinga JD, Chen JH. Cellules interstitielles de Cajal : mise jour sur la science fondamentale et clinique. Curr Gastroenterol Rep.2014;16:363. Hunt RH, et coll. L'estomac en bonne sant et en maladie. Intestin. 2015;64 : 1650-1668. Dit H, et al. M canismes de d fense de la muqueuse gastroduod nale. Curr Opin Gastroenterol. 2015;31 : 486-491. 6. L' pith lium gastrique s cr te du HCO3 et du mucus pour former une barri re muqueuse semblable un gel qui le prot ge contre le contenu luminal acide et peptique. 7. Le muscle lisse de la paroi intestinale subit des changements cycliques du potentiel membranaire, appel s rythme lectrique de base ou onde lente. 8. Les cellules interstitielles de Cajal sont des stimulateurs cardiaques dans la paroi intestinale et d terminent la fr quence de l'onde lente. 9. La partie proximale de l estomac subit un lent changement de tonus compatible avec sa fonction de stockage. 10. La partie distale de l estomac subit des contractions phasiques dont la force peut varier consid rablement. 11. La vidange gastrique est r gul e par les r flexes vagovagaux. Sanders KM, et coll. R gulation de la fonction des muscles lisses gastro-intestinaux par les cellules interstitielles. Physiologie (Bethesda). 2016;31 : 316-326. Schubert ML. Anatomie fonctionnelle et physiologie de la s cr tion gastrique. Curr Opin Gastroenterol. 2015;31 : 479-485. Schubert ML. R gulation de la s cr tion d'acide gastrique. Dans : Johnson LR, d. Physiologie du tractus gastro-intestinal. 5e d. Waltham, MA : Presse acad mique ; 2012. la fin de ce chapitre, l' tudiant devrait tre capable de r pondre aux questions suivantes : 1. Comment les diff rents composants d'un repas compos sont-ils dig r s et absorb s dans l'intestin gr le ? 2. Quels sont les constituants et les fonctions du suc pancr atique, et comment sa s cr tion est-elle contr l e ? 3. Comment les acides biliaires contribuent-ils la digestion et l assimilation des lipides ? 4. Quels sont les m canismes qui assurent des niveaux appropri s de fluidit du contenu intestinal ? 5. Quels sont les sch mas moteurs de l intestin gr le pendant la p riode postprandiale ainsi que pendant le je ne, et quelles fonctions ces sch mas remplissent-ils ? L'intestin gr le est la partie essentielle du tractus intestinal pour l'assimilation des nutriments. Dans ce site, la farine est m lang e une vari t de s cr tions qui permettent sa digestion, son absorption et ses fonctions de motilit . assurer un m lange ad quat et une exposition du contenu intestinal (chyme) la surface absorbante. L intestin gr le poss de de nombreuses sp cialisations qui lui permettent de remplir efficacement ses fonctions. L une des sp cialisations les plus videntes est la superficie importante de la muqueuse ; ceci est r alis de diff rentes mani res. L'intestin gr le est essentiellement un long tube enroul l'int rieur de la cavit abdominale, il y a des plis sur toute l' paisseur de la muqueuse et de la sous-muqueuse, la muqueuse a des projections en forme de doigt appel es villosit s, et enfin, chaque cellule pith liale a des microvillosit s sur sa partie apicale. surface. Il existe donc une grande surface sur laquelle se produisent la digestion et l absorption. La principale caract ristique de la phase de l'intestin |
Physiologie de Ganong et Levy | gr le de la r ponse un repas est la d livrance contr l e de chyme depuis l'estomac pour correspondre la capacit digestive et d'absorption de l'intestin. De plus, il y a une stimulation suppl mentaire des s cr tions pancr atiques et biliaires et leur vacuation dans l'intestin gr le. Par cons quent, la fonction de cette r gion est fortement r gul e par des m canismes de r troaction impliquant les voies hormonales, paracrines et neuronales. Les stimuli qui r gulent ces processus sont la fois m caniques et chimiques et incluent la distension de la paroi intestinale et la pr sence d'une augmentation de [H+], d'une osmolarit lev e et de nutriments dans la lumi re intestinale. Ces stimuli entra nent un ensemble de changements qui repr sentent la phase intestinale de la r ponse au repas : (1) augmentation de la s cr tion pancr atique, (2) augmentation de la contraction de la v sicule biliaire, (3) rel chement du sphincter d'Oddi, (4) r gulation de l'estomac. la vidange, (5) l'inhibition de la s cr tion d'acide gastrique et (6) l'interruption du complexe moteur migrateur (MMC). Le but de ce chapitre est de discuter de la mani re dont de tels changements sont provoqu s et comment ils aboutissent finalement l'assimilation des nutriments. Les changements dans la fonction de l'intestin gr le qui surviennent apr s le repas seront galement abord s. Vidange gastrique dans la phase de l'intestin gr le Imm diatement apr s un repas, l'estomac peut contenir jusqu' un litre de mati re qui se videra lentement dans l'intestin gr le. Le taux de vidange gastrique d pend de la teneur en macronutriments du repas et de la quantit de solides qu'il contient. Ainsi, les solides et les liquides de composition nutritionnelle similaire se videront des rythmes diff rents. Les liquides se vident rapidement, mais les solides ne le font qu'apr s une phase de latence, ce qui signifie qu'apr s un repas solide, il y a une p riode pendant laquelle peu ou pas de vidange se produit (Fig. 30.1). La r gulation de la vidange gastrique est obtenue par des alt rations de la motilit de la partie proximale de l'estomac (fond et corps) et de la partie distale de l'estomac (antre et pylore) ainsi que du duod num. La fonction motrice dans ces r gions est hautement coordonn e. Rappelons que lors de la phase sophagienne et gastrique du repas, la r ponse r flexe pr dominante est la relaxation r ceptive. Dans le m me temps, des mouvements p ristaltiques dans la partie la plus distale de l estomac (antre) m langent le contenu gastrique avec les s cr tions gastriques. Le sphincter pylorique est en grande partie ferm . M me s'il s'ouvre p riodiquement, peu de vidanges se produiront, car la partie proximale de l'estomac est rel ch e et la pompe antrale (contractions antrales) n'est pas tr s forte. Par la suite, la vidange gastrique est provoqu e par une augmentation du tonus (pression intraluminale) dans la partie proximale de l'estomac, une augmentation de la force des contractions antrales (augmentation de la force de l'estomac). Taux de vidange des diff rents repas de l'estomac d'un chien. Une solution (1 % de glucose) est vid e plus rapidement qu'un solide digestible (foie en cubes). Notez le d lai de vidange des solides, qui est li au temps n cessaire pour r duire la taille des particules en dessous de 2 mm. (Adapt de HinderRA, KellyKA. Am J Physiol 1977;233:E335.)100 80 60 40 20 21 3 4 % vid Heures400 mL 1 % glucose 50 g de foie en cubes Prot ine Glucose Le tractus gastro-intestinal (GI) joue un r le majeur dans la d tection et la signalisation des nutriments ing r s en activant les voies neuronales et endocriniennes qui se connectent d'autres signaux, tels que le stockage et l'utilisation de l' nergie grasse, qui, ensemble, r gulent l'hom ostasie nerg tique. Les signaux de sati t du tractus gastro-intestinal sont g n ralement impliqu s en bref Par exemple, le contenu luminal active des voies aff rentes vagales, conduisant la suppression de la taille des repas. De plus, plusieurs hormones GI lib r es par les nutriments influencent galement la prise alimentaire. La chol cystokinine (CCK) est bien d crit l'hormone de sati t ; elle est lib r e par les nutriments et diminue l'apport alimentaire apr s une administration exog ne. Les autres hormones GI de cette classe comprennent le peptide 1 de type glucagon (GLP 1) et le peptide YY (PYY). Chez les humains maigres et ob ses, l'injection de PYY exog ne inhibe la prise alimentaire. Parall lement l'analogue du GLP-1, l'exendine-4 est actuellement utilis e comme agent de contr le du poids chez l'homme. pompe antrale), ouverture du pylore pour laisser passer le contenu et inhibition simultan e des contractions segmentaires duod nales. Les liquides et le chyme semi-liquide s' coulent le long du gradient de pression de l'estomac au duod num. Lorsque le repas p n tre dans l intestin gr le, il est r inject via des voies neuronales et hormonales pour r guler le taux de vidange gast |
Physiologie de Ganong et Levy | rique en fonction de la composition chimique et physique du chyme. Les neurones aff rents, principalement d'origine vagale, r pondent aux nutriments, [H+] et au contenu hyperosmotique du chyme lorsqu'il p n tre dans le duod num. L'activation r flexe de l' coulement eff rent vagal diminue la force des contractions antrales, contracte le pylore et diminue la motilit gastrique proximale (avec une diminution de la pression intragastrique), entra nant ainsi une inhibition (ralentissement) de la vidange gastrique. Cette m me voie est responsable de l inhibition de la s cr tion d acide gastrique qui se produit lorsque les nutriments se trouvent dans la lumi re duod nale. La chol cystokinine (CCK) est lib r e par les cellules endocriniennes de la muqueuse duod nale en r ponse ces nutriments. Cette hormone est physiologiquement importante, en plus de son r le dans les voies neuronales, dans la r gulation de la vidange gastrique, de la contraction de la v sicule biliaire, du rel chement du sphincter d'Oddi et de la s cr tion pancr atique. Des preuves r centes sugg rent que la CCK agit la fois directement (inhibe la vidange gastrique) et indirectement (stimule la d charge des fibres aff rentes vagales pour produire une diminution indirecte de la vidange gastrique induite par le r flexe vagovagal). Comment alors la vidange gastrique peut-elle se d rouler face ces voies inhibitrices ? La quantit de chyme dans le duod num diminue mesure qu'elle descend dans l'intestin gr le jusqu'au j junum ; ainsi, la force de l'inhibition du feedback intestinal s'estompe mesure qu'il y a moins d'activation des m canismes sensoriels duod naux par les nutriments. ce moment-l , la pression intragastrique dans la partie proximale de l estomac augmente, d pla ant ainsi la mati re vers l antre et vers la pompe antrale. Les contractions p ristaltiques antrales s'approfondissent nouveau et aboutissent l'ouverture du pylore et la lib ration du contenu gastrique dans le duod num. Traitement chirurgical de l'ob sit , donc appel e chirurgie bariatrique, peut permettre une perte de poids substantielle et durable et galement aider am liorer les probl mes de sant associ s tels que la r sistance l'insuline, l'hyperlipid mie et l'hypertension art rielle. Initialement, la chirurgie impliquait un pontage de l'huile de j juno, l' limination d'une partie substantielle de l'intestin gr le absorbant, mais cette proc dure est associ e une malabsorption et des s quelles ind sirables ult rieures telles que la diarrh e. Diverses approches chirurgicales r vis es de l'ob sit ont t con ues, y compris Roux-en Yle pontage gastrique et la gastrectomie verticale. Les m canismes par lesquels ces proc dures sont cens es r ussir pleinement r sident dans la petite taille de la poche gastrique r siduelle, par laquelle la taille des repas est diminu e en raison d'une sati t pr coce et d'un effet b n fique du contournement sur les profils des hormones GI. Et le microbiome peut galement contribuer la fois la perte de poids et aux avantages m taboliques. La plupart des nutriments ing r s par l homme se pr sentent sous forme chimique de macromol cules. Cependant, ces mol cules sont trop grosses pour tre assimil es par les cellules pith liales qui tapissent le tractus intestinal et doivent donc tre d compos es en leurs constituants plus petits par des processus de digestion chimique et enzymatique. Les s cr tions provenant du pancr as sont quantitativement celles qui contribuent le plus la digestion enzymatique du repas. Le pancr as fournit galement des produits de s cr tion suppl mentaires importants qui sont essentiels au fonctionnement digestif normal. Ces produits comprennent des substances qui r gulent la fonction ou la s cr tion (ou les deux) d'autres produits pancr atiques, ainsi que de l'eau et des ions bicarbonate. Ces derniers participent la neutralisation de l'acide gastrique afin que la lumi re de l'intestin gr le ait un pH proche de 7,0. Ceci est important parce que les enzymes pancr atiques sont inactiv es par des niveaux lev s d'acidit et aussi parce que la neutralisation de l'acide gastrique r duit le risque que la muqueuse de l'intestin gr le soit l s e par cet acide agissant dans combinaison avec la pepsine. Quantitativement, le pancr as est le plus grand contributeur l'apport d'ions bicarbonates n cessaires pour neutraliser la charge d'acide gastrique, bien que les canaux biliaires et les cellules pith liales duod nales y contribuent galement. Comme dans les glandes salivaires, le pancr as a une structure compos e de conduits et d acini. Les cellules acineuses pancr atiques tapissent les extr mit s aveugles d'un syst me canalaire ramifi qui se jette finalement dans le canal pancr atique principal et de l dans l'intestin gr le sous le contr le du sphincter d'Oddi. galement en commun avec les glandes salivaires, une s cr tion primaire appara t dans les acini, qui est ensuite modifi e lors de son pas |
Physiologie de Ganong et Levy | sage dans les canaux pancr atiques. En g n ral, les cellules acineuses fournissent les constituants organiques du suc pancr atique dans une s cr tion primaire dont la composition ionique est comparable celle du plasma, tandis que les conduits diluent et alcalinisent le suc pancr atique tout en r absorbant les ions chlorure (Fig. 30.2). Les principaux constituants du suc pancr atique, qui repr sente environ 1,5 L/jour chez l'homme adulte, sont r pertori s dans Encadr 30.1 . Cette liste d crit galement les fonctions des produits de s cr tion pancr atique. De nombreuses enzymes digestives produites par le pancr as, en particulier les enzymes prot olytiques, sont produites sous forme de pr curseurs inactifs. Le stockage sous ces formes inactives est d une importance cruciale pour emp cher le pancr as de se dig rer. Pancr atite Cela peut se produire lorsque les enzymes s cr t es par les cellules pancr atiques acinaires deviennent prot olytiquement activ es avant d'avoir atteint leur site d'action appropri dans la lumi re de l'intestin gr le. En effet, le suc pancr atique contient une vari t de tryps dans les inhibiteurs stock s, ce qui r duit le risque d'activation pr matur e, car la trypsie est l'activateur d'autres pro Un deuxi me niveau de protection r side dans le fait que la trypsine peut tre d grad e par d'autres mol cules de trypsine. Malgr ces d fenses, certaines personnes sont sensibles une pancr atite h r ditaire qui se produit spontan ment en l'absence de facteurs de risque connus. Cela la rend r sistante la d gradation par d'autres mol cules de trypsine. D'autres mutations marines dans les inhibiteurs de la trypsine, ce qui rend les inhibiteurs inactifs. Caract ristiques et contr le de la s cr tion canalaire Dans cette section, nous examinons comment les cellules canalaires pancr atiques contribuent au flux et la composition du suc pancr atique au cours de la p riode postprandiale. Les canaux du pancr as peuvent tre consid r s comme le bras effecteur d'un r gulateur de pH. Lobules du parenchyme acineux et canalaire S cr tion de H2O et HCO3 extralobulaire en r ponse l'absorption du syst me canalaire de Cl Cl Direction du mouvement du fluide Fig. 30.2 Emplacements des processus de transport importants impliqu s dans l' laboration du suc pancr atique. Le fluide acineux isotonique ressemble au plasma avec ses concentrations de Na+, K+, Cl et HCO3 . La s cr tion du liquide acineux et des prot ines qu'il contient est stimul e principalement par la CCK. Les hormones s cr tines stimulent la s cr tion d'eau et d' lectrolytes des cellules qui tapissent les canaux extralobulaires. 1973;62:407.) con u pour r pondre l'acide luminal dans l'intestin gr le et s cr ter juste assez de bicarbonate pour restaurer le pH la neutralit ( Figure 30.3 ). Cette fonction de r gulation n cessite galement des m canismes pour d tecter le pH luminal et transmettre cette information au pancr as ainsi qu' d'autres pith liums (par exemple, les canaux biliaires et l' pith lium duod nal). lui-m me) capable de s cr ter du bicarbonate. Le m canisme de d tection du pH est incarn dans des cellules endocriniennes sp cialis es appel es cellules S, localis es dans l pith lium de l intestin gr le. Lorsque le pH luminal tombe en dessous d environ 4,5, les cellules S sont d clench es pour lib rer de la s cr tine en r ponse l augmentation de [H+]. Les composantes de cette boucle r glementaire constituent un syst me auto-limit . Ainsi, mesure que la s cr tine voque la s cr tion de bicarbonate, le pH dans la lumi re de l'intestin gr le augmentera et le signal de lib ration de la s cr tine par les cellules S prendra fin. Au niveau cellulaire, la s cr tine stimule les cellules pith liales s cr ter du bicarbonate dans la lumi re canalaire, l'eau suivant la voie paracellulaire pour maintenir l' quilibre osmotique. La s cr tine augmente l'ad nosine monophosphate cyclique (AMPc) dans les cellules canalaires et ouvre ainsi le r gulateur de conductance transmembranaire de la mucoviscidose (CFTR) ENCADR 30.1 Produits des cellules acineuses pancr atiques Les pr curseurs des canaux des prot ases (Fig. 30.4) et provoquent un coulement de Cl dans la lumi re du conduit. Cela stimule secondairement l'activit d'un antiporteur adjacent qui change les ions chlorure contre du bicarbonate. Le CFTR est galement perm able au bicarbonate. Ainsi, le processus de s cr tion des bicarbonates d pend du CFTR, ce qui explique les d fauts de la fonction pancr atique observ s dans la maladie de la mucoviscidose, dans laquelle le CFTR est mut . Le bicarbonate n cessaire ce processus de s cr tion provient de deux sources. Une partie est absorb e travers la membrane basolat rale des cellules pith liales canalaires via le symporteur du cotransporteur de bicarbonate de sodium de type 1 (NBC-1). Rappelons que le processus de s cr tion d'acide gastrique entra ne une augmentation des ions bicarbonates en circulation, |
Physiologie de Ganong et Levy | qui peuvent servir de source de bicarbonate s cr t par le pancr as. Cependant, le bicarbonate peut galement tre g n r de mani re intracellulaire via l activit de l enzyme anhydrase carbonique. L'effet net est de d placer le HCO3 dans la lumi re et d'augmenter ainsi le pH et le volume du suc pancr atique. Figue. 30.3 Participation de la s cr tine et de la s cr tion de HCO3 dans les n gatifs classiques boucle de r troaction qui r pond une chute du pH luminalHinth duod num. pH dans les cellules S du duod num S cr tion canalaire de bicarbonate Lib ration de s cr tine Fig. 30.4 Voies de transport d'ions dans les cellules du canal pancr atique.CA, carbonicanhydrase; CFTR, r gulateur de conductance transmembranaire de la fibrose kystique; NBC-1, cotransporteur de sodium/bicarbonate (symporteur) type 1; NHE-1, changeur d'hydrog ne de sodium (antiporteur) type 1.NBC-1 NHE-1 Cellule de conduit 2K Cl HCO3 Lumi re du conduit CFTR Na Na 3Na 2HCO3 H2CO3 CO2 H2O H2O CO2 H H2CO3 CA Cl Na K H2O 2HCO3 H HCO3 HCO3 Caract ristiques et contr le de la s cr tion acineuse Contrairement aux canaux pancr atiques, o la s cr tine est l'agoniste physiologique le plus important, la CCK joue le r le pr dominant au niveau des cellules acineuses. Il est donc important de comprendre comment la lib ration de CCK est contr l e pendant la phase de l'intestin gr le en r ponse un repas. La fibrose kystique (FK) est une maladie g n tique qui affecte le fonctionnement de divers organes pith liaux, notamment les poumons, l'intestin, le syst me biliaire et le pancr as. Auparavant, la maladie tait presque uniform ment mortelle pendant l'adolescence en raison d'infections respiratoires graves. les poumons, la correction de l'insuffisance pancr atique et de la d nutrition, et l'approbation r cente par la Food and Drug Administration (FDA) des tats-Unis de m dicaments tels que l'asivacaftor (Kalydeco) et le lumacaftor/ivacaftor (Orkambi) prolongent d sormais la vie jusqu'au cinqui me d cembre ou plus tard chez certains patients. ce qui, dans l'intestin, affaiblit la capacit d'hydrater et d'alcaliniser le contenu luminal. Dans le syst me gastro-intestinal en particulier, cela peut entra ner une obstruction intestinale, des l sions de la muqueuse duod nale et des dommages au foie et au syst me biliaire ainsi qu' l'ancr as. l ments pour maintenir une digestion ad quate des nutriments. Chez d'autres patients pr sentant des mutations plus l g res, une pancr atite peut se d velopper oplate dans la vie en l'absence d'autres sympt mes classiques de la FK, probablement en raison de la r tention d'enzymes digestives dans le pancr as. Dans les deux cas, une reconnaissance et un traitement am lior s des complications pulmonaires de la FK signifient que des sympt mes gastro-intestinaux tels qu'une insuffisance h patique, une r duction du flux biliaire, une pancr atite, une obstruction et une mauvaise digestion/malabsorption de la FK Les preuves acqui rent une importance croissante en tant qu'aspects de la maladie qui doivent tre pris en charge chez les adultes, souvent par des quipes multidisciplinaires de m decins et d'autres professionnels de la sant . La CCK est le produit des cellules I, galement localis es dans l' pith lium de l'intestin gr le. Ces cellules ent roendocrines classiques lib rent de la CCK dans l'espace interstitiel lorsque des composants alimentaires sp cifiques sont pr sents dans la lumi re, notamment des acides gras libres et certains acides amin s. La lib ration de CCK peut survenir suite une interaction directe d acides gras ou d acides amin s, ou des deux, avec les cellules I. La lib ration de CCK est galement r gul e par deux facteurs de lib ration agissant dans la lumi re qui peuvent stimuler la cellule I. Le premier d'entre eux, le peptide lib rant la CCK, est s cr t par les cellules paracrines de l' pith lium dans la lumi re de l'intestin gr le en r ponse aux produits graisseux Fig. 30,5 M canismes responsables du contr le de la lib ration de CCK partir des cellules I duod nales. ACh, ac tylcholine ; CCK-RP, peptide lib rant la CCK ; GRP, gastrine lib rant le peptide. Les fl ches solides repr sentent les effets stimulants, tandis que les fl ches pointill es indiquent l'inhibition. (Redessin de BarrettKE. Gastrointestinal Physiology. New York: McGraw-Hill; 2006.) et la digestion des prot ines. Le deuxi me facteur de lib ration, le peptide de contr le, est lib r par les cellules acineuses pancr atiques dans le suc pancr atique. Le peptide lib rant la CCK et le peptide moniteur peuvent galement tre lib r s en r ponse un apport neuronal, ce qui est particuli rement important pour initier la s cr tion pancr atique pendant les phases c phalique et gastrique, pr parant ainsi le syst me dig rer le repas d s son entr e dans l'intestin gr le. Quelle est la signification de ces facteurs de lib ration de CCK ? Leur r le principal est d'adapter la lib ration de CCK, ainsi que la di |
Physiologie de Ganong et Levy | sponibilit en enzymes pancr atiques qui en r sulte, la n cessit pour ces enzymes de dig rer le repas dans la lumi re de l'intestin gr le ( Figure 30.5 ). tant donn que les facteurs de lib ration sont des peptides, ils seront soumis une d gradation prot olytique par des enzymes telles que la trypsine pancr atique exactement de la m me mani re que les prot ines alimentaires. Cependant, lorsque les prot ines alimentaires sont ing r es, elles sont pr sentes dans la lumi re en quantit s bien plus importantes que les facteurs de lib ration et rivalisent ainsi avec les facteurs de lib ration pour la d gradation prot olytique. L'effet net est que les facteurs de lib ration seront prot g s de la d gradation pendant que le repas est dans l'intestin gr le et seront donc disponibles pour continuer stimuler la lib ration de CCK par les cellules I. Cependant, une fois le repas dig r et absorb , les facteurs de lib ration sont d grad s et le signal de lib ration de CCK est coup . CCK voque la s cr tion par les cellules acineuses pancr atiques de deux mani res. Premi rement, il s agit d une hormone classique qui voyage dans la circulation sanguine pour rencontrer les r cepteurs CCK1 des cellules acineuses. Cependant, la CCK stimule galement les voies r flexes neuronales qui affectent le pancr as. Terminaisons nerveuses aff rentes vagales en Fig. 30.6 R cepteurs des cellules cinaires pancr atiques et r gulation de la s cr tion. La fl che noire paisse indique que les voies de signalisation d pendantes du Ca ++ jouent le r le le plus important. ACh, ac tylcholine; CCK, chol cystokinine; GRP, peptide de lib ration gastri n; VIP, polypeptide intestinal vasoactif; 1;CCKreceptortype1. (RedrawnfromBarrettKE.Gastrointestinal Physiology. NewYork:McGraw-Hill;2006.) la paroi de l'intestin gr le r pond la CCK en raison de son expression des r cepteurs CCK1. Comme d crit pr c demment pour l'effet de la CCK sur la vidange gastrique, la liaison de la CCK active un r flexe vagovagal qui peut encore am liorer la s cr tion de cellules acineuses via l'activation des neurones ent riques pancr atiques et la lib ration d'une s rie de neurotransmetteurs tels que l'ac tylcholine, le peptide lib rant la gastrine et les substances vasoactives. polypeptide intestinal (VIP). Les produits de s cr tion des cellules acineuses pancr atiques sont en grande partie pr synth tis s et stock s dans des granules qui se regroupent vers le p le apical des cellules acineuses ( Figure 30.6 ). Les stimuli les plus puissants de la s cr tion des cellules acineuses, notamment la CCK, l'ac tylcholine et le peptide lib rant la gastrine (GRP), agissent en mobilisant le Ca++ intracellulaire. La stimulation des cellules acineuses entra ne la phosphorylation d'une s rie de prot ines r gulatrices et structurelles dans le cytosol cellulaire qui rapprochent les granules de la membrane apicale, o les granules fusionnent avec la membrane plasmique. Le contenu du granule est ensuite d vers dans la lumi re acineuse et limin par un exsudat de plasma traversant les jonctions serr es, reliant les cellules acineuses entre elles, puis par les s cr tions canalaires. Entre les repas, les constituants des granules sont resynth tis s par les cellules acineuses puis stock s jusqu' ce qu'ils soient n cessaires la digestion du prochain repas. La resynth se peut tre stimul e par les m mes agonistes qui voquent la r ponse s cr toire initiale. Un autre suc digestif important m lang au repas dans la lumi re de l intestin gr le est la bile. La bile est produite par le foie et les m canismes impliqu s, ainsi que les constituants sp cifiques, seront abord s plus en d tail lorsque nous aborderons les fonctions de transport et m taboliques du foie. Cependant, aux fins de la discussion actuelle, la bile est une s cr tion qui sert faciliter la digestion et l absorption des lipides. La bile sortant du foie est stock e et concentr e dans la v sicule biliaire jusqu' ce qu'elle soit lib r e en r ponse l'ingestion d'un repas. La contraction de la v sicule biliaire, ainsi que le rel chement du sphincter d'Oddi, sont voqu s majoritairement par le CCK. Lorsque l on consid re la phase de l assimilation des repas dans l intestin gr le, les constituants biliaires qui nous pr occupent le plus sont les acides biliaires. Celles-ci forment des structures appel es micelles qui servent prot ger les produits hydrophobes de la digestion des lipides de l'environnement aqueux de la lumi re. Les acides biliaires sont par essence des d tergents biologiques, et de grandes quantit s sont n cessaires quotidiennement pour une absorption optimale des lipides, jusqu' 1 2 g/jour. La majorit du pool d acides biliaires est recycl e de l intestin vers le foie apr s chaque repas via la circulation ent roh patique (Fig. 30.7 ). Ainsi les acides biliaires sont synth tis s sous une forme conjugu e qui limite leur capacit traverser passivement l' pith lium Fig. 30,7 Circulation ent roh |
Physiologie de Ganong et Levy | patique des acides biliaires. L'absorption active des acides biliaires conjugu s se produit via le transporteur apical d'acides biliaires d pendant du sodium (asbt). tapissant l intestin afin qu ils soient retenus dans la lumi re pour participer l assimilation des lipides (discut en d tail sous cette rubrique). Cependant, lorsque le contenu du repas atteint l'il on terminal, une fois l'absorption des lipides termin e, les acides biliaires conjugu s sont r absorb s par un symporteur, le transporteur apical des acides biliaires Na+- d pendant (asbt), qui capte sp cifiquement les acides biliaires conjugu s en association avec ions sodium. En bonne sant , seule une petite partie du pool d'acides biliaires se r pand dans le c lon, et ici les acides biliaires se d conjuguent et sont sujets une r absorption passive (voir Figure 30.7). L effet net est de faire circuler quotidiennement la majorit du pool d acides biliaires entre le foie et l intestin, ce qui co ncide avec les signaux apparaissant au cours de la p riode postprandiale. Les acides biliaires exercent galement des actions biologiques au-del de leur r le de d tergents en se liant la fois la surface cellulaire et aux r cepteurs nucl aires de divers types de cellules dans tout le corps. Ils r gulent ainsi leur propre synth se ainsi que d autres processus m taboliques. La fonction physiologique la plus importante de l intestin gr le est d absorber les produits de la digestion des nutriments ing r s. Quantitativement, les nutriments les plus importants (macronutriments) se r partissent en trois classes : les glucides, les prot ines et les lipides. L intestin gr le est essentiel non seulement La phase de l'intestin gr le de la r ponse int gr e un repas pour l'absorption des nutriments dans l'organisme mais aussi pour les tapes finales de leur digestion en mol cules suffisamment simples pour tre transport es travers l' pith lium intestinal. Nous examinerons tour tour les processus impliqu s dans l assimilation de chacun de ces nutriments, en commen ant par les glucides. La digestion des glucides se d roule en deux phases : dans la lumi re de l intestin puis la surface des ent rocytes dans un processus appel digestion en bordure de brosse. Ce dernier est important dans la g n ration de sucres simples absorbables uniquement au point o ils peuvent tre absorb s. Cela pourrait donc limiter leur exposition au petit nombre de bact ries pr sentes dans la lumi re de l intestin gr le qui pourraient autrement utiliser ces sucres comme nutriments. Digestion des glucides Les glucides alimentaires sont compos s de plusieurs classes mol culaires diff rentes. L'amidon, le premier d'entre eux, est un m lange de polym res de glucose cha ne droite et ramifi e. Les polym res cha ne droite sont appel s amylose et les mol cules cha ne ramifi e sont appel es amylopectine (Fig. 30.8 ). L'amidon est une source de calories particuli rement importante, notamment dans les pays en d veloppement, et on le trouve principalement dans les produits c r aliers. Les disaccharides constituent une deuxi me classe de nutriments glucidiques qui comprend le saccharose (constitu de glucose et de fructose) et le lactose (constitu de glucose et de galactose), ce dernier tant une source calorique importante chez les nourrissons. Cependant, le principe cl est que l intestin ne peut absorber que les monosaccharides et non les glucides plus gros. Enfin, de nombreux aliments d origine v g tale contiennent des fibres alimentaires, constitu es de polym res glucidiques qui ne peuvent pas tre dig r s par les enzymes humaines. Ces polym res sont plut t dig r s par des bact ries pr sentes en grande partie dans la lumi re du c lon (voir ), permettant ainsi de r cup rer leur valeur calorique. Les disaccharides alimentaires sont hydrolys s en leurs monom res composants directement la surface des cellules pith liales de l'intestin gr le par digestion en bordure de brosse, m di e par une famille d'enzymes hydrolytiques fortement glycosyl es, li es la membrane, synth tis es par les cellules pith liales de l'intestin gr le. Les hydrolases de bordure en brosse essentielles la digestion des glucides alimentaires comprennent la sucrase, l'isomaltase, la glucoamylase et la lactase ( Tableau 30.1). On pense que la glycosylation de ces hydrolases les prot ge dans une certaine mesure de la d gradation par les prot ases pancr atiques luminales. Cependant, entre les repas les hydrolases sont d grad es et doivent donc tre resynth tis es par l'ent rocyte pour participer la digestion du prochain repas glucidique. La sucrase/isomaltase et la glucoamylase sont synth tis es en quantit s sup rieures aux besoins, et l'assimilation de leurs produits dans l'organisme est limit e par la disponibilit de transporteurs membranaires sp cifiques pour ces monosaccharides (voir Absorption des glucides). La lactase, en revanche, pr sente un d clin de son expression apr s le sevrage. La rela |
Physiologie de Ganong et Levy | tive p nurie de lactase signifie que la digestion du lactose, plut t que l'absorption des produits r sultants, limite le taux d'assimilation. Si les niveaux de lactase tombent en dessous d un certain seuil, il en r sulte une intol rance au lactose. Figue. 30,8 Structure de l'amylopectine et action de l'amylase. Les cercles bleus repr sentent des monom res de glucose li s par des liaisons 1,4. Les cercles noirs repr sentent des unit s de glucose li es par des liaisons -1,6 aux points de branchement. Intol rance au lactose est relativement fr quent chez les adultes de groupes ethniques sp cifiques, tels que les Asiatiques, les Afro-Am ricains et les Hispaniques. L'actose (par exemple, le lait, la glace) peut entra ner des crampes abdominales, des gaz et de la diarrh e. Ces sympt mes refl tent des sympt mes relatifs. la capacit dig rer le lactose ; il reste donc dans la lumi re et l'eau est retenue. Certains patients intol rants au lactose b n ficient de l'administration orale d'une enzyme lactase d'origine bact rienne avant d'ing rer des produits laitiers. La digestion de l'amidon se d roule en deux phases. La premi re a lieu dans la lumi re et est en fait initi e dans la cavit buccale via l'activit de l'amylase salivaire, comme indiqu dans . L'amylase salivaire n'est cependant pas essentielle la digestion de l'amidon, m me si elle peut rev tir une plus grande importance chez les nouveau-n s ou les patients chez lesquels la production d'enzymes pancr atiques est alt r e par une maladie. Quantitativement, le contributeur le plus important la digestion luminale de l'amidon est l'amylase pancr atique. Les deux enzymes hydrolysent les liaisons -1,4 internes de l'amylose et de l'amylopectine, mais pas les liaisons externes ni les liaisons -1,6 qui forment les points de ramification dans la mol cule d'amylopectine (voir Figure 30.8 ). Ainsi, la digestion de l'amidon par l'amylase est n cessairement incompl te et aboutit de courts oligom res de glucose, notamment des dim res (maltose) et des trim res (maltotriose), ainsi que les structures de ramification les plus simples, appel es dextrines limite . Ainsi, pour permettre l absorption de ses monosaccharides constitutifs, l amidon doit galement subir une digestion en bordure de brosse. la bordure en brosse, les oligom res de glucose cha ne droite peuvent tre dig r s par les hydrolases glucoamylase, sucrase ou isomaltase (voir Tableau 30.1 ). Tous produisent des monom res de glucose libres, qui peuvent ensuite tre absorb s par les m canismes voqu s plus loin. Pour les dextrines limite , en revanche, l'activit de l'isomaltase est essentielle car c'est la seule enzyme capable de cliver les liaisons -1,6 qui constituent les points de ramification ainsi que les liaisons -1,4. Absorption des glucides Les monosaccharides hydrosolubles r sultant de la digestion doivent ensuite tre transport s travers la membrane plasmique hydrophobe de l'ent rocyte. Le transporteur sodium/glucose 1 (SGLT1) est un symporteur qui capte le glucose (et le galactose) contre son gradient de concentration en couplant son transport celui de Na+ ( Figure 30.9 ). Une fois l int rieur du cytosol, le glucose et le galactose peuvent tre retenus pour les besoins m taboliques de l pith lium ou sortir de la cellule par son p le basolat ral via un transporteur appel GLUT2. Le fructose, en revanche, est absorb travers la membrane apicale par GLUT5. Cependant, Fig. 30.9 Absorption du glucose, du galactose et du fructose dans l'intestin gr le.GLUT, transporteur de glucose; SGLT1, transporteur de sodium/glycose1.GlucoseGalactoseFructoseFructoseGLUT2GLUT5 GLTI?K+ATP car le transport du fructose n'est pas coupl celui de Na+, son absorption est relativement inefficace et peut facilement tre d pass e si de grandes quantit s de nourriture contenant ce sucre sont ing r . Les sympt mes r sultant de cette malabsorption sont similaires ceux ressentis par un patient intol rant au lactose qui consomme du lactose. Les prot ines sont galement des polym res solubles dans l eau qui doivent tre dig r s en leurs plus petits constituants avant que leur absorption soit possible. Leur absorption est plus compliqu e que celle des glucides car ils contiennent 20 acides amin s diff rents et de courts oligom res de ces acides amin s (dipeptides, tripeptides et peut- tre m me t trapeptides) peuvent galement tre transport s par les ent rocytes. Le corps, en particulier le foie (voir ), a une capacit substantielle interconvertir divers acides amin s en fonction des besoins du corps. Cependant, certains acides amin s, appel s acides amin s essentiels, ne peuvent tre synth tis s par l organisme ni de novo ni partir d autres acides amin s et doivent donc tre obtenus partir de l alimentation. Les acides amin s qui doivent tre obtenus de cette mani re chez l'homme sont pr sent s dans Figure 30.10 Un trouble g n tique entra ne une incapacit de l'intestin abso |
Physiologie de Ganong et Levy | rber le glucose ou le galactose. Cette maladie a t associ e une vari t de mutations du SGLT1. g ne qui entra ne une prot ine d fectueuse ou inexprim e ou, plus fr quemment, une incapacit de la prot ine circuler de mani re appropri e vers la membrane apicale des ent rocytes. Chez les patients porteurs de telles mutations, le glucose mal absorb contribue l'diarrh e et d'autres sympt mes, comme voqu pr c demment pour l'intol rance au lactose. Malgr la nature de la maladie, son importation en termes de perspicacit qu il fournit dans un processus critique de transport pith lial intestinal. Figue. 30.10 Acides amin s alimentaires d'origine naturelle. Les bo tes contenues dans ces bo tes sont des acides amin s essentiels qui ne peuvent pas tre synth tis s par l'homme et doivent donc tre obtenus partir de l'alimentation. Ala AromaticTyr Phe Try HydroxylSer Thr SulfurCys Met IminoPro HydroxyproLeu lleVal , , , , Digestion des prot ines Les prot ines peuvent tre hydrolys es en peptides longs simplement en raison du pH acide qui existe dans la lumi re gastrique. Cependant, pour l'assimilation des prot ines dans l'organisme, trois phases de digestion m diation enzymatique sont n cessaires ( Figure 30.11 ). Comme l'hydrolyse acide, la premi re de ces phases se d roule dans la lumi re gastrique et est m di e par la pepsine, le produit des principales cellules localis es dans les glandes gastriques. Lorsque la s cr tion gastrique est activ e par des signaux co ncidant avec l'ingestion d'un repas, la pepsine est lib r e par les cellules principales sous forme de pepsinog ne pr curseur inactif. pH acide, ce pr curseur est cliv de mani re autocatalytique pour donner l enzyme active. La pepsine est hautement sp cialis e pour agir dans l'estomac, car elle est activ e par un pH faible. L'enzyme clive les prot ines au niveau des sites d'acides amin s neutres, avec une pr f rence pour les cha nes lat rales aromatiques ou grandes aliphatiques. tant donn que ces acides amin s n apparaissent que relativement rarement dans une prot ine donn e, la pepsine n est pas capable de dig rer compl tement la prot ine sous une forme pouvant tre absorb e par l intestin. Au lieu de cela, il produit un m lange de prot ines intactes, de gros peptides (la majorit ) et un nombre limit d'acides amin s libres. En p n trant dans l'intestin gr le, la prot ine partiellement dig r e rencontre les prot ases fournies dans le suc pancr atique. Rappelons que ces enzymes sont s cr t es sous des formes inactives. Comment alors sont-ils activ s pour d marrer le processus de digestion des prot ines ? En fait, l'activation des prot ases est retard e jusqu' ce que ces enzymes soient dans la lumi re du fait de la pr sence localis e d'une enzyme activatrice, l'ent rokinase, uniquement sur la bordure en brosse des cellules pith liales de l'intestin gr le ( Figure 30.12 ). L'ent rokinase clive le trypsinog ne pour produire de la trypsine active. La trypsine coupe son tour tous les autres pr curseurs de prot ases s cr t s par le pancr as, produisant ainsi un m lange d'enzymes capables de dig rer presque compl tement la grande majorit des prot ines alimentaires. La trypsine est une endopeptidase qui clive les prot ines uniquement au niveau des liaisons internes de la cha ne peptidique plut t que de lib rer des acides amin s individuels l'extr mit . de la cha ne. La trypsine est sp cifique du clivage au niveau des acides amin s basiques, et un tel clivage aboutit un ensemble de peptides plus courts avec un acide amin basique leur extr mit C-terminale. Les deux autres endopeptidases pancr atiques, la chymotrypsine et l' lastase, ont un m canisme d'action similaire mais se clive au niveau de sites neutres Fig. 30.11 Hi rarchie des prot ases et des peptidases qui fonctionnent dans l'estomac et l'intestin gr le pour dig rer les prot ines alimentaires. Les prot ines sont absorb es soit par des acides amin s simples (70 %), soit par des peptides courts (30 %). Philadelphie : Saunders ; 1989.) Fig. 30.12 Conversion des proenzymes inactives du suc pancr atique en enzymes actives par l'action de la trypsine. Trypsinog ne dans le pancr Le jus atique est converti prot olytiquement en trypsine active par l'ent rokinase exprim e la surface des cellules pith liales molles de l'h duod num et du j junum. La trypsine active ensuite les autres proenzymes comme indiqu . acides amin s. Les peptides r sultant de l activit endopeptidase sont ensuite sollicit s par les ectopeptidases pancr atiques. Ces enzymes clivent des acides amin s uniques l'extr mit d'une cha ne peptidique, et celles pr sentes dans le suc pancr atique sont sp cifiques des acides amin s neutres (carboxypeptidase A) ou basiques (carboxypeptidase B) situ s l'extr mit C-terminale. Ainsi, les produits r sultant de la digestion d'un repas prot ique par les s cr tions gastriques et pancr atiques comprennent des acides amin s neutres et basiques, ainsi que d |
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