26.11 : Ventilation pulmonaire : Inhalation

La ventilation pulmonaire est un processus vital qui assure l'échange d'oxygène et de dioxyde de carbone dans les poumons. Elle fait référence au mouvement de l'air entrant et sortant des poumons, permettant au corps d'obtenir de l'oxygène et d'éliminer le dioxyde de carbone résiduel. Dans cet article, nous explorerons les subtilités de la ventilation pulmonaire, y compris ses principes sous-jacents, ses mécanismes et l'interaction des pressions au sein du système respiratoire.

La loi de Boyle devient particulièrement pertinente lors de l'examen des volumes et des pressions respiratoires. Dans le contexte de la ventilation pulmonaire, plusieurs termes clés sont essentiels à comprendre :

Le volume courant (TV) fait référence au volume d'air inspiré ou expiré lors d'une respiration normale sans aucun effort conscient.

Le volume de réserve inspiratoire (VRI) est le volume maximal d'air qui peut être inhalé de force au-delà du volume courant.

Volume de réserve expiratoire (VRE) : volume maximal d'air qui peut être expiré de force au-delà du volume courant.

Volume résiduel (VR) : volume d'air restant dans les poumons après l'expiration maximale.

Ces volumes respiratoires contribuent au calcul de paramètres importants tels que la capacité vitale.

La capacité vitale (CV) est la somme du volume courant, du volume de réserve inspiratoire et du volume de réserve expiratoire.

De plus, la relation entre les volumes et les pressions respiratoires est étroitement liée. Lors d'une inspiration normale (inhalation), le diaphragme et les muscles intercostaux externes se contractent, dilatant la cavité thoracique. Cette expansion augmente le volume pulmonaire, ce qui entraîne une diminution de la pression intrapulmonaire, permettant à l'air de circuler de l'atmosphère vers les poumons.

La mécanique de l'inspiration (inhalation)

L'inhalation est le résultat d'une série de processus interconnectés impliquant le diaphragme, les muscles intercostaux et l'expansion de la cavité thoracique. Décomposons chaque étape :

1. Contraction diaphragmatique : Lors d’une inspiration normale, le principal muscle impliqué est le diaphragme. Ce muscle en forme de dôme sépare la cavité thoracique de la cavité abdominale. Lorsque nous inspirons, le diaphragme se contracte et s’aplatit, augmentant ainsi le volume de la cavité thoracique. Cette action crée une pression intrapulmonaire négative, qui aspire l’air dans les poumons.
2. Engagement des muscles intercostaux : les muscles intercostaux sont un autre groupe essentiel de muscles impliqués dans l'inhalation. Ils sont situés entre les côtes et sont divisés en muscles intercostaux externes et internes.

   Muscles intercostaux externes : lors de l'inspiration, ces muscles se contractent, soulevant et dilatant la cage thoracique. Ce mouvement augmente encore le volume de la cavité thoracique, améliorant ainsi l'apport d'air.

   Muscles intercostaux internes : ces muscles participent à l'inspiration profonde et à l'expiration forcée. Lors d'une inspiration forcée, les muscles intercostaux internes supérieurs se contractent, élevant davantage la cage thoracique, permettant ainsi une plus grande expansion pulmonaire.

3. Expansion de la cavité thoracique : lorsque le diaphragme se contracte et que les muscles intercostaux s'engagent, la cavité thoracique se dilate dans plusieurs directions. Cette expansion diminue la pression à l'intérieur des poumons, créant une différence de pression entre l'air extérieur et l'air à l'intérieur du système respiratoire. En conséquence, l'air s'engouffre dans les poumons, remplissant les alvéoles (minuscules sacs aériens) pour les échanges gazeux.

Inhalation forcée : pendant les périodes d'effort physique accru ou lorsqu'il est nécessaire d'augmenter l'apport en oxygène, une inhalation forcée se produit. La mécanique de l'inhalation forcée implique des muscles supplémentaires pour maximiser l'expansion pulmonaire :

1. Muscle sterno-cléido-mastoïdien : Le muscle sterno-cléido-mastoïdien du cou joue un rôle important dans l'inspiration forcée. Lorsqu'il est activé, il élève le sternum, contribuant ainsi à l'expansion de la cavité thoracique.
2. Muscles scalènes : Situés de chaque côté du cou, les muscles scalènes soulèvent les côtes supérieures lors de l'inspiration forcée. Leur contraction permet de créer plus d'espace pour l'expansion pulmonaire.
3. Muscle pectoral mineur : Le muscle pectoral mineur, situé sous le grand pectoral, aide à soulever les côtes et à élargir la cavité thoracique.

Le rôle des pressions dans la ventilation pulmonaire

Une ventilation pulmonaire adéquate repose sur l’interaction entre trois pressions distinctes :

1. Pression intrapulmonaire : également appelée pression alvéolaire, elle désigne la pression à l'intérieur des poumons. Lors de l'inspiration (inhalation), la pression intrapulmonaire diminue, ce qui entraîne l'entrée d'air dans les poumons. En revanche, la pression intrapulmonaire augmente lors de l'expiration, ce qui facilite l'expulsion de l'air.
2. Pression intra pleurale : cette pression existe dans la cavité pleurale, l'espace entre les plèvres pariétale et viscérale. Elle est généralement inférieure à la pression atmosphérique et intrapulmonaire en raison de l'équilibre des forces entre le recul pulmonaire et l'expansion de la paroi thoracique, qui maintient les poumons dilatés contre la paroi thoracique. Toute altération de la pression intrapleurale peut entraîner un collapsus pulmonaire ou d'autres problèmes respiratoires.
3. Pression atmosphérique : La pression atmosphérique est la pression exercée par l'atmosphère terrestre à un endroit donné. Elle sert de référence par rapport à laquelle la pression intrapulmonaire est mesurée. Lors de l'inspiration (inhalation), la diminution de la pression intrapulmonaire en dessous de la pression atmosphérique facilite l'entrée d'air, tandis que lors de l'expiration, l'augmentation de la pression intrapulmonaire au-dessus de la pression atmosphérique expulse l'air des poumons.