Section 4 : Bases anatomiques de la mécanique ventilatoire
Mouvement inspiratoire de la cage thoracique
Lorsque les côtes se soulèvent sous l’action des muscles inspiratoires (intercostaux externes), les diamètres antéro-postérieur et latéraux de la cavité thoracique augmentent (mouvements d’anse de seau et de levier de pompe), de par la géométrie de l’arc costal et de ses articulations. Par ailleurs, le muscle inspiratoire principal, le diaphragme augmente en plus la longueur de l’axe vertical thoracique en s’abaissant. Le volume de la cage thoracique et celui des deux poumons qui suivent ce mouvement, augmentent ainsi à l’inspiration. Il s’en suit un appel de l’air dans les voies respiratoires (voir figures 5-39, 40, 42, 86 et 90). L’inspiration est rendue possible grâce à la contraction du diaphragme et des muscles intercostaux externes. C’est un processus actif, favorisé par la contraction de tout muscle susceptible d’élever l’arc costal. Ces muscles sont appelés « inspirateurs accessoires » (muscles grand et petit pectoral, muscle sternocléidomastoïdien…) (figure 7-23).
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Figure 7-23 |
Mouvements de la cage thoracique |
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A : Orientation du plan costal expliquant (B) les mouvements de levier de pompe et d’anse de seau aboutissant avec la descente du diaphragme, à l’augmentation des trois diamètres de la cage thoracique (C) lors de l’inspiration. D : Décomposition de l’action du diaphragme : 1 = repos, 2 = descente , 3 = une fois l’appui pris sur le contenu abdominal, la poursuite du raccourcissement des fibres diapragmatiques relève le rebord costal. |
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Couple thoraco-pulmonaire
En fin d’expiration calme, le poumon occupe un volume supérieur à son volume neutre (volume qu’il occuperait séparé de l’enceinte thoracique), ses forces élastiques sont toujours présentes et tentent de réduire son volume. À l’inverse, au même moment, la cage thoracique (structures osseuses, musculaires et tendineuses) occupe un volume inférieur à son volume neutre. Les forces élastiques de la cage thoracique poussent à l’expansion de son volume.
Ces forces d’expansion (cage thoracique) et de rétraction (poumons) s’exercent sur l’espace pleural. En fin d’expiration calme (point d’équilibre), il en résulte un équilibre avec une dépression au sein de l’espace pleural, comparativement à la pression atmosphérique. Le couple thoraco-pulmonaire fonctionne de la manière suivante (figure 7-24) :
- A l’inspiration, l’augmentation du volume thoracique entraîne une chute de la pression pleurale. Cette dépression augmentée s’exerce sur l’extérieur du poumon, il en résulte une augmentation de volume des poumons qui suivent le mouvement d’expansion de la cage thoracique. L’action musculaire inspiratoire permet d’augmenter le volume thoracique, au delà de son volume neutre, par un travail actif.
- La phase expiratoire débute une fois le volume maximal de la cage thoracique obtenu (variable en fonction de l’amplitude de d’inspiration). Les élasticités respectives de la cage thoracique et des poumons permettent de revenir passivement au volume de départ. En respiration calme, l’expiration est passive. En respiration forcée (exercice physique, stress…), l’expiration peut être aidée par une action musculaire qui abaisse les côtes et augmente la pression abdominale pour refouler les coupoles diaphragmatiques (muscles intercostaux internes et muscles de la sangle abdominale) (figure 7-25).
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Figure 7-24 |
Le couple thoraco-pulmonaire schématique |
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A : Les poumons (= 1) et voies aériennes séparés des enveloppes thoraciques (= 2) occupent un volume lié à leur élasticité propre B : Couple thoraco-pulmonaire en situation anatomique, au repos (fin d’expiration), avec définition de l’espace pleural (= 3). De l’équilibre entre les forces de rétraction pulmonaire et d’expansion thoracique résulte une dépression dans l’espace pleural, les petites flèches rouges symbolisent les forces de rappel, ici opposées (les poumons tentent à diminuer de volume, la cage thoracique tente d’augmenter son volume). C : En fin d’inspiration (action d’expansion par les muscles inspirateurs, large flèche « i »), la dépression intrapleurale est augmentée, permettant un supplément d’augmentation du volume pulmonaire et une entrée d’air. La conjonction des forces de rappel (rétraction) pulmonaires et thoraciques (petites flèches rouge ici de même sens), assurera le mécanisme passif d’expiration (respiration calme). |
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Les muscles principaux ou accessoires intervenant dans ce cycle inspiration / expiration sont repris dans la figure 7-25.
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Figure 7-25 |
Les principaux muscles respiratoires, face antérieure |
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A : Muscles inspirateurs : 1 = intercostaux externes, 2 = petit pectoral, 3 = scalènes, 4 = sterno-cléido-mastoïdien, 5 = grand pectoral (en particulier lorsque l’épaule est fixée en élévation), 6 = diaphragme. B : Muscles expirateurs : sangle abdominale : 7 = oblique externe, 10 = grand droit de l’abdomen, 11 = oblique interne et transverse, 8 = carré des lombes, 9 = intercostaux externes. |
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