26.10 : Relations de pression dans la cavité thoracique

La respiration, autrement appelée ventilation pulmonaire, est le processus par lequel l'air entre et sort des poumons. Les principaux mécanismes propulsant la ventilation pulmonaire sont la pression atmosphérique (P_atm), la pression intra-pulmonaire (P_pul) ou intra-alvéolaire (P_alv) dans les alvéoles et la pression intrapleurale (P_ip) dans la cavité pleurale.

Mécanismes de respiration

Les pressions intra-alvéolaires et intra pleurales dépendent toutes deux de propriétés pulmonaires spécifiques. La capacité à respirer (permettre à l'air d'entrer dans les poumons pendant l'inspiration et de sortir pendant l'expiration) dépend de la pression de l'air à l'intérieur des poumons par rapport à la pression atmosphérique.

Dynamique de la pression

L’inspiration et l’expiration dépendent des différences de pression entre l’atmosphère et les poumons. Dans un gaz, la pression résulte du mouvement des molécules de gaz confinées. Par exemple, en raison du volume réduit, la même quantité de molécules de gaz exercera plus de pression dans un récipient d’un litre que dans un récipient de deux litres. Cette relation entre volume et pression dans un gaz à température constante est décrite par la loi de Boyle, qui stipule que la pression et le volume sont inversement proportionnels (P = k/V) ; une augmentation de volume entraîne une diminution de pression et vice versa.

Trois types de pression (atmosphérique, intra-alvéolaire et intrapleurale) déterminent la ventilation pulmonaire. La pression atmosphérique représente la force exercée par les gaz de l'air entourant une surface particulière. Elle peut être exprimée en unité atmosphérique (atm) ou en millimètres de mercure (mm Hg), où 1 atm équivaut à 760 mm Hg, la pression atmosphérique au niveau de la mer. D'autres valeurs de pression, telles que la pression atmosphérique, sont généralement abordées dans la section sur la respiration.

La pression intra-alvéolaire (ou pression intrapulmonaire) désigne la pression de l'air dans les alvéoles, qui fluctue au cours des différentes phases de la respiration. Comme les alvéoles sont reliées à l'atmosphère par les voies respiratoires, la pression intrapulmonaire s'équilibre constamment avec la pression atmosphérique.

La pression intrapleurale est la pression de l'air dans la cavité pleurale entre les plèvres viscérale et pariétale. Elle fluctue au cours des différentes étapes de la respiration et, en raison des propriétés pulmonaires spécifiques, elle reste toujours négative par rapport à la pression intra-alvéolaire. La pression intrapleurale reste d'environ -4 mm Hg tout au long du cycle respiratoire. Elle est maintenue par le recul vers l'intérieur des fibres élastiques du poumon et la traction vers l'extérieur de la paroi thoracique. L'équilibre entre ces forces opposées détermine la pression intrapleurale de -4 mm Hg par rapport à la pression intra-alvéolaire. La pression transpulmonaire, la différence entre les pressions intrapleurale et intra-alvéolaire, détermine la taille du poumon.

Facteurs influençant la ventilation

Outre les différences de pression, la respiration dépend de la contraction et de la relaxation du diaphragme et des fibres musculaires thoraciques. Les mouvements du diaphragme et des muscles intercostaux provoquent principalement des variations de pression responsables de l'inspiration et de l'expiration.

D'autres propriétés pulmonaires affectent également la respiration. La résistance est une force qui ralentit le mouvement, dans ce contexte, le flux de gaz. La taille des voies respiratoires est le principal facteur affectant la résistance. Un diamètre de tube plus petit force l'air à traverser un espace plus petit, provoquant davantage de collisions des molécules d'air avec les parois des voies respiratoires. La formule F=ΔP/R décrit la relation entre les changements de pression et la résistance des voies respiratoires.

La tension superficielle des alvéoles, provoquée par l'eau présente dans la paroi alvéolaire, tend à limiter l'expansion des alvéoles. Le surfactant pulmonaire, sécrété par les pneumocytes de type II, se mélange à l'eau, réduisant cette tension superficielle et empêchant l'affaissement des alvéoles lors de l'expiration.

La capacité de la paroi thoracique à s'étirer sous la pression affecte l'effort requis pour respirer. La cavité thoracique doit se dilater pour que l'inspiration se produise, ce qui influence directement la capacité pulmonaire. Si la paroi thoracique manque de souplesse (ne peut pas se dilater), le développement fœtal du thorax et des poumons devient difficile.