B8 · Système respiratoire

Volumes et débits pulmonaires

Définir les volumes et capacités pulmonaires et les paramètres mesurables par spirométrie. Distinguer ventilation totale et ventilation alvéolaire et l'effet de l'espace mort.

Physiologie7 min de lecture15 QCM corrigés

Principes de mesure de la ventilation

La ventilation pulmonaire correspond au renouvellement cyclique du gaz contenu dans les poumons par l’inspiration et l’expiration. Elle est décrite par deux catégories de grandeurs :

un volume, quantité de gaz mobilisée ou présente dans les poumons, exprimée en litres ;
un débit, volume de gaz déplacé par unité de temps, exprimé en litres par seconde ou en litres par minute.

Les volumes pulmonaires dépendent notamment de la taille, de l’âge, du sexe, de la posture et des conditions de mesure. Leur interprétation exige donc une comparaison à des valeurs théoriques adaptées au sujet.

La spirométrie mesure uniquement les volumes qui entrent dans les poumons ou en sortent. Elle ne peut donc pas mesurer directement le gaz qui demeure dans les poumons après une expiration maximale.

Volumes pulmonaires élémentaires

Les volumes pulmonaires sont définis à partir de manœuvres respiratoires standardisées.

Volume courant

Le volume courant, noté $V_T$ , est le volume inspiré ou expiré à chaque cycle au cours d’une respiration calme. Une expiration calme se termine au niveau du volume pulmonaire d’équilibre du système respiratoire.

Volumes de réserve

Le volume de réserve inspiratoire, noté $VRI$ , est le volume supplémentaire pouvant être inspiré après une inspiration calme. Il correspond à la réserve disponible entre la fin d’une inspiration courante et l’inspiration maximale.

Le volume de réserve expiratoire, noté $VRE$ , est le volume supplémentaire pouvant être expiré après une expiration calme. Il s’étend jusqu’à l’expiration maximale.

Volume résiduel

Le volume résiduel maintient un certain contenu gazeux pulmonaire entre deux cycles respiratoires. Sa mesure nécessite une méthode complémentaire, fondée notamment sur la dilution d’un gaz ou sur la pléthysmographie corporelle.

Capacités pulmonaires

Une capacité pulmonaire est la somme d’au moins deux volumes élémentaires.

Capacité inspiratoire

La capacité inspiratoire, notée $CI$ , est le volume maximal pouvant être inspiré à partir de la fin d’une expiration calme. Elle réunit le volume courant et le volume de réserve inspiratoire.

Capacité résiduelle fonctionnelle

La capacité résiduelle fonctionnelle, notée $CRF$ , est le volume de gaz présent dans les poumons à la fin d’une expiration calme. Elle associe le volume de réserve expiratoire et le volume résiduel.

Comme elle contient le $VR$ , elle ne peut pas être mesurée directement par spirométrie. Son niveau dépend de l’équilibre mécanique entre la tendance du poumon à se rétracter et celle de la paroi thoracique à s’écarter, notion développée dans la fiche consacrée à la mécanique ventilatoire.

Capacité vitale

La capacité vitale, notée $CV$ , est le volume maximal mobilisable entre une inspiration maximale et une expiration maximale. Elle peut être mesurée lors d’une manœuvre lente ou forcée.

Capacité pulmonaire totale

La capacité pulmonaire totale, notée $CPT$ , est le volume gazeux contenu dans les poumons à la fin d’une inspiration maximale. Elle correspond à la somme de la capacité vitale et du volume résiduel.

Comparaison

Mesurabilité des principales grandeurs

Grandeur	Contient le $VR$	Mesurable par spirométrie simple
$V_T$ , $VRI$ , $VRE$	non	oui
$CI$ , $CV$	non	oui
$VR$ , $CRF$ , $CPT$	oui	non

Débits et manœuvres expiratoires forcées

Le débit instantané correspond à la pente de la courbe volume-temps. Une variation rapide du volume produit donc un débit élevé. La spirométrie forcée étudie la vitesse à laquelle un sujet peut expirer après une inspiration maximale.

La capacité vitale forcée, notée $CVF$ , est le volume total expiré au cours d’une expiration aussi complète et rapide que possible après une inspiration maximale.

Le volume expiratoire maximal pendant la première seconde, noté $VEMS$ , est le volume expiré durant la première seconde de cette manœuvre. Il dépend de la capacité à générer un débit expiratoire et du calibre des voies aériennes.

Le débit expiratoire de pointe, noté $DEP$ , est le débit maximal atteint au cours de l’expiration forcée. Il est particulièrement dépendant de l’effort initial fourni.

Une diminution disproportionnée du $VEMS$ par rapport à la $CVF$ abaisse ce rapport et traduit une limitation des débits expiratoires. À l’inverse, une $CVF$ diminuée avec un rapport conservé peut faire suspecter une réduction des volumes pulmonaires, mais celle-ci doit être confirmée par la mesure de la $CPT$ .

Ventilation totale et ventilation alvéolaire

Ventilation totale

La ventilation totale, aussi appelée ventilation minute, est le volume total inspiré ou expiré en une minute. Elle dépend du volume courant et de la fréquence respiratoire.

La ventilation totale décrit le déplacement global du gaz, mais elle ne précise pas quelle fraction atteint les zones où se déroulent les échanges alvéolo-capillaires.

Espace mort

L’espace mort physiologique, noté $V_D$ , est la somme de l’espace mort anatomique et de l’espace mort alvéolaire. Chez un poumon sans anomalie majeure, il est principalement constitué par l’espace mort anatomique.

À chaque inspiration, seule la fraction $V_T - V_D$ apporte du gaz neuf aux alvéoles fonctionnelles.

Ventilation alvéolaire

Cette relation montre que deux ventilations totales identiques peuvent produire des ventilations alvéolaires différentes. Lorsque la respiration devient plus rapide et plus superficielle, une fraction plus importante de chaque volume courant ne fait que renouveler l’espace mort. À ventilation totale constante, l’augmentation de la fréquence ne compense donc pas nécessairement la diminution du volume courant.

Exemple

Même ventilation totale, ventilation alvéolaire différente

Deux respirations ont la même ventilation totale, avec un espace mort physiologique de $0{,}15$ L par cycle.

Respiration ample : $f_R = 12$ cycles par minute et $V_T = 0{,}50$ L par cycle. La ventilation totale vaut $12 \times 0{,}50 = 6{,}0$ L par minute. La ventilation alvéolaire vaut $12 \times (0{,}50 - 0{,}15) = 4{,}2$ L par minute.
Respiration superficielle : $f_R = 20$ cycles par minute et $V_T = 0{,}30$ L par cycle. La ventilation totale vaut $20 \times 0{,}30 = 6{,}0$ L par minute. La ventilation alvéolaire vaut $20 \times (0{,}30 - 0{,}15) = 3{,}0$ L par minute.

Les deux situations déplacent 6,0 L de gaz par minute, mais la respiration ample apporte $1{,}2$ L par minute de plus aux alvéoles fonctionnelles. À ventilation totale identique, la respiration superficielle est moins efficace car l’espace mort représente une plus grande part de chaque cycle.

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