Fréquence respiratoire 2 : anatomie et physiologie de la respiration

Introduction

Pour comprendre le processus de la respiration, il est important de connaître l’anatomie du thorax et la physiologie du système respiratoire. La respiration comporte deux composantes essentielles :

• Ventilation : processus consistant à faire entrer et sortir physiquement l’air des poumons ;
• Échange gazeux : processus consistant à faire entrer l’oxygène (O2) dans le corps et à faire sortir le dioxyde de carbone (CO2).

Anatomie et physiologie

Les poumons sont situés dans la cage thoracique enfermée par deux membranes pleurales (Fig 1). A la base du thorax, le séparant de la cavité abdominale, se trouve le diaphragme. C’est le principal muscle de l’inspiration, et il est innervé par le nerf phrénique.

Les poumons sont constitués de grandes et petites voies aériennes – la trachée étant la plus grande et la première des 23 générations de voies aériennes. Les voies respiratoires de chaque génération naissent de la précédente par un système de branches dichotomiques irrégulières (Davies et Moore, 2010). Les voies respiratoires plus petites (bronchioles respiratoires) contiennent des alvéoles dans leurs parois. Les alvéoles sont le lieu des échanges gazeux et leur présence augmente au fur et à mesure que les voies respiratoires deviennent plus petites. Cela permet à la surface totale du poumon d’augmenter de façon exponentielle permettant une opportunité maximale pour les échanges gazeux.

Les récepteurs chimio centraux et périphériques sensibles à l’hypoxie (faibles niveaux d’O2) et à l’hypercapnie (augmentation du CO2) contrôlent la pulsion à respirer (Davies et Moore, 2010).

Ventilation

L’air se déplace naturellement d’une zone de haute pression vers une zone de basse pression. Lors d’une respiration normale, l’inspiration se produit par la contraction et l’aplatissement du diaphragme et la contraction des muscles intercostaux externes, provoquant une élévation et un mouvement vers l’extérieur de la cage thoracique. Cela augmente la taille de la cavité thoracique. Ces changements font que la couche pleurale pariétale des poumons se déplace avec la cage thoracique et le diaphragme, créant une pression négative. La couche pleurale viscérale attachée à la surface des poumons suit et les poumons se dilatent, aspirant l’air.

L’expiration au repos est un processus largement passif ; les muscles inspiratoires se détendent et il y a un recul élastique des poumons donnant lieu à un état d’équilibre de pression avant que le cycle ne recommence (Bourke et Burns, 2015). Ce mouvement de la paroi thoracique est observé lorsque la fréquence respiratoire (RR) est mesurée. Les changements de RR se produisent en réponse à l’exercice, aux émotions et pendant le sommeil ; ces changements de RR associés à l’exercice et à l’anxiété peuvent être supérieurs à 25 battements par minute mais reviendront généralement à la normale dans un état de repos et de calme.

Échange gazeux

Le processus de ventilation fournit de l’air aux alvéoles où l’échange gazeux se produit par un simple processus de diffusion. Un gaz va se déplacer d’une zone de forte concentration vers une zone de faible concentration. La pression partielle de l’O2 dans l’atmosphère est plus élevée que dans le corps et la circulation sanguine contient une pression partielle de CO2 plus élevée que l’atmosphère. Pour qu’un échange gazeux efficace ait lieu, l’air respiré dans les poumons doit se déplacer jusqu’à la membrane alvéolaire où les parois capillaires sont minces et où il y a une grande surface globale.

Qu’est-ce qu’un RR de base ?

Lorsque la ventilation et les échanges gazeux se produisent, la plage normale de saturation en oxygène du sang (SpO2) est de 94-98% (O’Driscoll et al, 2017) et cela peut être maintenu au repos avec un RR de 12-20 respirations par minute.

La figure 2 montre la courbe de dissociation de l’oxyhémoglobine. Elle illustre comment des facteurs physiologiques peuvent entraîner une modification du RR suite à une modification de la SpO2. Par exemple, s’il y a une diminution de l’O2 atmosphérique disponible (PO2) en altitude, la SpO2 diminuera, déclenchant une augmentation de la RR. En cas de maladie où la température ou le pH sanguin sont modifiés, déplaçant la courbe de dissociation de l’oxyhémoglobine vers la droite ou la gauche, RR sera affectée car le corps tente de rétablir l’homéostasie.

Effet de la mauvaise santé sur le RR de base

Il est important de se demander si le RR dans le cadre du National Early Warning System (NEWS) (Royal College of Physicians, 2017) est plus utile chez les patients qui n’ont aucune condition respiratoire connue où un score de 0 (12-20 respirations par minute) est une véritable base de référence.

Dans les conditions pulmonaires où l’échange gazeux et/ou la ventilation sont altérés au repos, les pulsions hypoxiques et hypercapniques vont augmenter le RR pour maintenir la SpO2. Un mauvais échange gazeux, comme on le voit dans des conditions telles que la fibrose pulmonaire ou l’emphysème (causés respectivement par un épaississement de la paroi alvéolaire et une destruction du tissu pulmonaire), entraîne un RR au repos plus élevé. Il est donc important de tenir compte de la ligne de base  » normale  » du patient.

Les affections pulmonaires obstructives courantes telles que la bronchopneumopathie chronique obstructive ou l’asthme se caractérisent par une résistance accrue au flux d’air, les petites voies respiratoires étant rétrécies, ce qui réduit l’apport d’oxygène à l’aveoli. Lors d’exacerbations aiguës, cette résistance est accrue, ce qui entraîne une augmentation du RR. L’administration de bronchodilatateurs détend le muscle lisse de la paroi des voies respiratoires, réduisant la résistance et ramenant le RR à des niveaux normaux.

Les affections neuromusculaires affectant les poumons entraînent souvent une hypoventilation, car les mécanismes nécessaires à une ventilation normale ne fonctionnent pas correctement. Dans ce cas, un faible RR (bradypnée) peut conduire à une insuffisance respiratoire.

Lors d’une intervention chirurgicale et d’une récupération postopératoire, le RR doit être surveillé de près car les anesthésiques, qui contiennent généralement des opioïdes, peuvent déprimer la respiration et réduire le RR (Koo et Eikermann, 2011). Ils agissent sur les chimiorécepteurs centraux en supprimant la pulsion de respirer.

Il est important de se rappeler que l’oxymétrie de pouls mesure la saturation en oxygène tandis que la RR mesure la ventilation. Au cours des premiers stades de la détérioration, la SpO2 des patients peut sembler être dans la plage normale, mais le RR augmentera en réponse à un échange gazeux inadéquat. Les changements de RR sont souvent le premier signe de détérioration (voir partie 1).

L’avenir

Le RR est une indication précoce de la détérioration du patient, et l’identification précoce du changement garantit que les patients reçoivent des interventions cliniques significatives. Pour que le RR soit utile en tant que signe d’alerte précoce chez les patients ayant une maladie respiratoire connue, nous devons savoir ce qui est normal pour ce patient.

Comme nous le verrons plus loin dans la série, il existe des technologies qui peuvent mesurer objectivement le RR au repos d’un patient et nous devons nous demander si elles doivent être utilisées systématiquement dans la pratique comme pour la mesure de la SpO2 ou de la pression artérielle.