Travail de la respiration et ses composants

Ce chapitre est le plus pertinent pour la section F3(ii) du Syllabus primaire du CICM 2017, qui attend des candidats à l’examen qu’ils soient capables de  » décrire le travail de la respiration et ses composants « . Cette question n’est pas apparue dans les épreuves écrites, mais l’importance de ce sujet est telle que nous pouvons être assez confiants qu’il fera un jour l’objet d’une SAQ ou d’une viva.

En résumé :

Parmi les ressources évaluées par des pairs pour ce sujet, Cabello & Mancebo (2006) est probablement le meilleur aperçu, et est disponible gratuitement sur ResearchGate. On peut être capable d’apprendre par cœur ce sujet sur la base de ce qu’ils ont publié, et de passer un SAQ dans l’examen primaire. Banner et al (1994) est également bon, en fait meilleur, mais malheureusement pas gratuit. On peut sortir de cet article avec une compréhension détaillée de ce sujet. En outre, un ancien article de R.M. Peters (1969) est également disponible gratuitement, et est probablement toujours pertinent, dans la mesure où la communauté scientifique n’a pas récemment changé ses définitions de « travail » ou de « respiration ».

Définitions du travail et de la puissance de la respiration

Le travail est le produit de la force et du déplacement, mesuré en joules, où 1J est la dépense d’un joule par un déplacement d’un mètre. L’équation du travail la plus élémentaire est :

Travail = Force × Distance

Mais, dans le monde biologique spongieux de la physiologie respiratoire, nous ne sommes pas habitués à décrire la fonction respiratoire en termes de force ou de distance. Heureusement, nous pouvons facilement convertir ces paramètres en pression et en volume. La meilleure dérivation pour cela peut être trouvée dans la première partie, une dérivation qui nécessite des changements minimes :

Travail = Force × Distance

Où

Force = Pression × Surface

Parce que

Pression = Force / Surface

C’est pourquoi

.

Travail = Pression × Aire × Distance

Mais

Aire × Distance = Volume

Donc

Travail = Pression × Volume

Tada.

Chez une personne normale, au repos, le travail de la respiration est d’environ 0,35 J/L, et la puissance de la respiration est d’environ 2,4 J/min. Ces chiffres proviennent des travaux de Mancebo et al (1995), qui ont branché des volontaires en bonne santé à un équipement de mesure du débit et de la pression, puis ont mesuré la pression et le volume qu’ils généraient lors d’une respiration calme normale. Selon des données anciennes de Liljestrand (1913) et des études modernes de Zakynthinos & Roussos (1991), cette sorte de respiration calme et tranquille a un coût en oxygène d’environ 0,25-,5 ml O2 par 1000ml de ventilation, ou quelque chose comme 1-2% de la consommation totale d’oxygène métabolique de base. Cela suggère que l’efficacité de la respiration tidale normale est assez élevée. On pense que cela est dû au fait qu’une grande partie de l’énergie utilisée pour la respiration tidale normale est un travail effectué contre les éléments élastiques du système respiratoire, c’est-à-dire que l’énergie cinétique est stockée dans les tissus qui s’étirent à l’inspiration, et est restituée à l’expiration.

Le diagramme de Campbell du travail de la respiration

Ce diagramme n’est confusément qu’un des diagrammes de Campbell, l’autre étant un diagramme qui décrit la rotodynamique. Le diagramme de Cambell auquel on fait référence en ce qui concerne la physiologie respiratoire a été développé par Edward J. M Campbell, qui a publié un livre en 1958 dans lequel il décrit cette relation. Ce livre est bien sûr épuisé et il ne semble pas y avoir de moyen légal ou illégal de l’acquérir pour le budget d’un blogueur amateur, ce qui est tout aussi bien car, à en juger par les critiques, il était excessivement difficile à lire. La meilleure explication de ce diagramme provient en fait de Banner et al (1994). Pour le comprendre, il faut décortiquer les différentes composantes du travail de respiration, puis les combiner en une seule relation. À en juger par le texte, ce groupe de graphiques est proposé comme une représentation schématique de relations réelles entre pression et volume, et bien qu’il puisse contenir des chiffres d’apparence réaliste, il n’est pas basé sur des données expérimentales spécifiques.

Du fait que le travail est la pression multipliée par le volume, on devrait pouvoir le présenter comme l’aire sur un graphe de la pression en fonction du volume. Un tel tracé peut être défini pour le travail requis pour gonfler les tissus pulmonaires élastiques de la FRC jusqu’à un certain volume courant normal hypothétique :

Bien sûr, un travail doit également être effectué pour déformer la paroi thoracique. Dans ce cas, la paroi thoracique veut jaillir et occuper un volume plus grand que la CRF, et donc le travail est effectivement effectué pour réduire le volume de la paroi thoracique jusqu’à la CRF :

Donc, si nous mettons ces graphiques ensemble, nous pouvons voir qu’ils se chevauchent. L’implication la plus significative de ceci est qu’une partie du travail effectué pour gonfler le poumon est effectué par la paroi thoracique, c’est-à-dire que le recul élastique de la cage thoracique sert à gonfler le poumon sans aucune assistance musculaire :

Ceci, le petit triangle bleu ici, est donc le seul travail effectué pour gonfler les poumons ; cette zone est beaucoup plus petite qu’elle ne l’était sur le premier graphique, car la cage thoracique effectue la majeure partie du travail.

Des facteurs supplémentaires doivent être pris en compte ici, au-delà des propriétés élastiques des tissus. Un travail est également effectué pour vaincre la résistance des voies aériennes, et pour surmonter la résistance de tout équipement de soins critiques interférant (par exemple, un tube endotrachéal et un circuit de ventilateur). Le diagramme peut être étendu pour inclure ces éléments:

La zone ajoutée en forme de lentille couvre le travail effectué pour vaincre la résistance du flux d’air inspiratoire et expiratoire. Lors de l’expiration, aucun travail supplémentaire ne doit être effectué car le recul élastique des poumons restitue une partie de l’énergie stockée. Lors de l’inspiration, un certain travail supplémentaire doit être effectué pour surmonter la résistance des voies respiratoires, ainsi que la résistance de toute voie respiratoire artificielle ajoutée.

Maintenant, nous nous retrouvons avec un diagramme qui décrit les composantes du travail de la respiration :

• Travail élastique
  • Travail effectué pour surmonter le recul élastique du poumon
  • Travail effectué pour surmonter le recul élastique de la poitrine (qui est soustrait du travail effectué pour surmonter le recul élastique du… le poumon)
• Travail résistif
  • Travail effectué pour surmonter la résistance des tissus
    • Résistance de la paroi thoracique
    • Résistance du poumon
  • Travail effectué pour surmonter la résistance des voies respiratoires, qui comprend :
    • Résistance des voies respiratoires
    • Résistance des dispositifs et circuits des voies respiratoires

Les composantes additionnelles au travail de résistance sont toutes des composantes de la résistance respiratoire, et comprennent l’inertance et le travail effectué pour comprimer le volume de gaz intrathoracique, mais comme la contribution de ces éléments est ridiculement faible, on pourrait probablement les omettre sans risque de leur réponse au QSA. Il est certain qu’ils n’apparaissent dans aucun des commentaires du collège pour les questions sur la résistance.

En utilisant ces graphiques, on peut être capable de représenter différentes formes de problèmes pulmonaires mécaniques. De façon réaliste, cela ne se limiterait jamais qu’à des représentations de scénarios où il y a une résistance accrue des voies aériennes ou une diminution de la compliance pulmonaire. Ceux-ci sont également présentés par Banner et al (1994), et leurs versions modifiées sont proposées ci-dessous.

Le graphique suivant démontre un modèle de résistance accrue des voies aériennes, comme ce que l’on pourrait voir chez un patient asthmatique. Observez la contribution accrue de la résistance des voies aériennes, y compris le travail supplémentaire effectué pour surmonter la résistance au flux d’air expiratoire :

Le graphique suivant démontre le travail de la respiration dans le cadre d’une diminution de la compliance pulmonaire.

Pour obtenir le même volume courant, une quantité de travail beaucoup plus importante doit être effectuée pour surmonter le recul élastique accru des poumons, alors que la contribution de la paroi thoracique reste la même. De plus, on peut noter que la CRF est diminuée. Ceci à cause de l’augmentation de la pression de recul élastique des poumons ; le volume du FRC finit par être plus faible car c’est là que le recul de la paroi thoracique et le recul élastique des poumons trouvent leur nouvel équilibre.

Enfin, voyons ce qui se passe si la paroi thoracique devient plus résistante:

Cette fois, l’augmentation du travail se fait pour augmenter le volume thoracique à nouveau la résistance des tissus de la paroi thoracique, par exemple une brûlure circonférentielle. Encore une fois, la CRF est réduite parce que l’équilibre des pressions élastiques de la paroi thoracique et des poumons se produit à un volume plus faible.

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