Lernzettel: Introduction à la physiologie cardio-respiratoire

📋 Plan du Cours

1. Vocabulaire cardio-respiratoire
2. Artères, veines et circulation
3. Tissu nodal et cycle cardiaque
4. Voies respiratoires supérieures
5. Fosses nasales et cavité buccale
6. Pharynx, larynx et trachée
7. Bronches, bronchioles et alvéoles
8. Tests d'effort et VO2 max
9. Adaptations cardio-respiratoires à l'effort

📖 1. Vocabulaire cardio-respiratoire

🔑 Notions clés & Définitions

• Débit cardiaque Qc : Le débit cardiaque est la quantité de sang pompée par le cœur en 1 minute.
• Débit sanguin Qs : Le débit sanguin est la quantité de sang qui arrive aux organes en 1 minute.
• Débit ventilatoire VE : Le débit ventilatoire correspond à la quantité d’air mobilisée par les poumons en 1 minute.
• Volume courant VT : Le volume courant est la quantité d’air échangée à chaque cycle respiratoire.
• Volume d’éjection systolique VES : Le volume d’éjection systolique est la quantité de sang éjectée par le cœur à chaque contraction.

📝 Points essentiels

• La diastole correspond à la phase de repos du cœur tandis que la systole correspond à la contraction du cœur.
• La fréquence respiratoire (FR) est le nombre de cycles respiratoires par minute.
• La tachycardie correspond à un rythme cardiaque anormalement rapide et la bradycardie à un rythme anormalement lent.
• La vasoconstriction diminue le diamètre du vaisseau sanguin alors que la vasodilatation l’augmente.
• Le débit cardiaque (Qc) décrit l’action de la pompe, et le débit sanguin (Qs) décrit l’arrivée du sang aux organes.
• La ventilation minute (VE) dépend du volume courant (VT) et de la fréquence respiratoire (FR) en cycles par minute.

💡 Astuce mémo

Qc cœur, Qs organes ; VE minute = FR × VT ; VES = sang par battement.

📖 2. Artères, veines et circulation

🔑 Notions clés & Définitions

• Débit cardiaque : Le débit cardiaque correspond à la quantité de sang pompée par le cœur par minute.
• Débit sanguin : Le débit sanguin correspond à la quantité de sang qui arrive aux organes par minute.
• Vasoconstriction : La vasoconstriction correspond à la diminution du diamètre d’un vaisseau sanguin.
• Vasodilatation : La vasodilatation correspond à l’augmentation du diamètre d’un vaisseau sanguin.
• Retour veineux : Le retour veineux désigne le mécanisme qui ramène le sang vers le cœur malgré la baisse de pression à distance.

📝 Points essentiels

• Les artères ont des parois épaisses, musclées et élastiques, tandis que les veines ont des parois plus minces et peu musclées avec des valvules unidirectionnelles dans les membres.
• Le sens du trajet est cœur → organes pour les artères et organes → cœur pour les veines, indépendamment du fait que le sang soit oxygéné ou riche en CO2.
• La chaîne des vaisseaux suit artères → artérioles → capillaires → veinules → veines.
• Le débit dépend de la différence de pression (ΔP) et de la résistance (R) selon la relation Débit = ΔP/R.
• Pendant l’éjection, l’effet Wind Kessel transforme le débit discontinu en flux plus continu grâce à l’élasticité des gros vaisseaux, puis à la compliance vasculaire.
• Le retour veineux permet le retour du sang vers le cœur, alors que la pression diminue à mesure qu’on s’éloigne du cœur.

💡 Astuce mémo

Artères = sortie du cœur vers les organes ; veines = retour des organes vers le cœur.

📖 3. Tissu nodal et cycle cardiaque

🔑 Notions clés & Définitions

• Nœud sinusal : Le nœud sinusal est le point de départ de la dépolarisation électrique cardiaque, situé dans l’oreillette droite.
• Nœud auriculo-ventriculaire : Le nœud auriculo-ventriculaire reçoit le signal électrique des oreillettes et le transmet vers la conduction des ventricules.
• Faisceau de His : Le faisceau de His est une voie de conduction qui propage l’influx électrique du nœud auriculo-ventriculaire vers les ventricules.
• Fibres de Purkinje : Les fibres de Purkinje assurent la diffusion rapide du signal électrique à l’ensemble des cellules musculaires ventriculaires.
• Tissu nodal : Le tissu nodal regroupe les structures qui initient et transmettent le signal électrique coordonnant la contraction du cœur.

📝 Points essentiels

• La fréquence intrinsèque du nœud sinusal est d’environ 100 dépolarisations par minute, ce qui impose le rythme de base.
• Le cycle suit un trajet électrique oreillettes puis ventricules : nœud sinusal → oreillettes → nœud auriculo-ventriculaire → faisceau de His → fibres de Purkinje → ventricules.
• La contraction mécanique correspond à la systole auriculaire puis à la systole ventriculaire, et le relâchement correspond à la diastole.
• Le cycle cardiaque dépend de la fréquence cardiaque (FC) et les bruits du cœur traduisent l’ouverture/fermeture des valvules.
• Remplissage ventriculaire : environ 70% pendant la diastole et 30% pendant la systole auriculaire, avant l’éjection systolique.

💡 Astuce mémo

Nœud sinusal = départ du “tracé rouge” : droite(oreillette) → AV(ralentit) → His-Purkinje(rapide) → ventricules.

📖 4. Voies respiratoires supérieures

🔑 Notions clés & Définitions

• Fosses nasales : Structure qui sert d’entrée et de sortie de l’air et dont l’intérieur est divisé par la cloison nasale et organisé en sillons avec cornets.
• Cornets et méats : Reliefs osseux des fosses nasales qui délimitent des espaces (méats) aux fonctions inspiratoire ou expiratoire et participent aux fonctions sensorielles.
• Pharynx : Carrefour aéro-digestif reliant la voie aérienne au larynx et la voie digestive à l’œsophage à partir de zones nasale, buccale, laryngée et œsophagienne.
• Larynx : Organe cartilagineux qui communique avec le laryngopharynx en haut et la trachée en bas, et assure étanchéité lors de la déglutition et phonation.

📝 Points essentiels

• Les fosses nasales contiennent des méats : le méat supérieur abrite les récepteurs olfactifs sans faire circuler d’air, le méat moyen est inspiratoire et le méat inférieur est expiratoire.
• Le pharynx relie la cavité buccale, la cavité nasale, le larynx et l’œsophage tout en faisant communiquer voie aérienne et voie digestive.
• L’épiglotte assure l’étanchéité du larynx pendant la déglutition.
• La glotte (cordes vocales et fentes glottique) permet la phonation.
• Dans le larynx, la partie supérieure a un épithélium squameux stratifié pour le passage des aliments, et la partie inférieure porte une muqueuse avec cils pour retenir les poussières et éloigner le mucus des poumons.

💡 Astuce mémo

Méats = SO-ME-IN : supérieur olfactif (pas d’air), moyen inspiration, inférieur expiration.

📖 5. Fosses nasales et cavité buccale

🔑 Notions clés & Définitions

• Cornets nasaux : Les cornets nasaux sont des reliefs osseux qui subdivisent la cavité nasale en trois conduits pour guider l’air inspiré puis expiré.
• Cavité buccale : La cavité buccale regroupe les structures de la bouche qui participent à l’entrée de l’air, au maintien des aliments et à la formation de sons.

📝 Points essentiels

• Les fosses nasales comprennent une partie externe (charpente osseuse et cartilagineuse avec ouverture des narines) et une partie interne séparée en deux par la cloison nasale.
• Trois sillons délimités par les cornets constituent des couloirs : méat supérieur, méat moyen et méat inférieur.
• Le méat supérieur contient les récepteurs olfactifs et ne laisse pas circuler d’air.
• Le méat moyen est la filière inspiratoire.
• Le méat inférieur est la filière expiratoire.
• La cavité buccale est organisée par des repères comme le palais dur, le voile du palais, la luette et les piliers antérieur et postérieur, avec langue et lèvres comme éléments majeurs d’accès.

💡 Astuce mémo

Méat supérieur = sentir (olfaction sans air), méat moyen = inspirer, méat inférieur = expirer.

📖 6. Pharynx, larynx et trachée

🔑 Notions clés & Définitions

• Phonation : La phonation est la production des sons grâce au système laryngo-glottique et à l’écoulement de l’air au niveau des cordes vocales.
• Cordes vocales : Les cordes vocales sont des replis du larynx qui participent à la vibration nécessaire à la phonation.
• Fente glottique : La fente glottique est l’ouverture du larynx entre les cordes vocales, traversée par l’air pour permettre la production des sons.
• Trachée : La trachée est la voie aérienne située sous le larynx, composée de structures cartilagineuses et tapissée de muqueuse à cils.

📝 Points essentiels

• Dans le larynx, les cordes vocales associées à la fente glottique réalisent la phonation.
• Le larynx a un épithélium supérieur squameux et stratifié, adapté au passage des aliments.
• Le larynx comporte une muqueuse inférieure à cils qui retient les poussières et éloigne le mucus des poumons vers le pharynx.
• La trachée est reliée au cartilage cricoïde du larynx et comprend une membrane trachéale avec des anneaux cartilagineux.
• La trachée est tapissée de muqueuse à cils vibratiles qui propulsent les sécrétions vers le pharynx.
• La trachée se poursuit en bronche souche gauche et bronche souche droite, qui pénètrent le poumon en un point appelé hile.

💡 Astuce mémo

Cils = Collecte des poussières puis Propulsion vers le Pharynx.

📖 7. Bronches, bronchioles et alvéoles

🔑 Notions clés & Définitions

• Pression partielle : La pression partielle d’un gaz dans un mélange correspond à la contribution de ce gaz à la pression totale du mélange.
• Loi de Dalton : La pression partielle d’un gaz est proportionnelle à sa fraction dans le mélange.
• Loi d’Henry : La diffusion d’un gaz suit le gradient de pression partielle, du plus élevé vers le plus faible.
• Respiration externe : La respiration externe désigne les échanges de gaz entre les alvéoles pulmonaires et le sang.

📝 Points essentiels

• À 760 mmHg (niveau de la mer) avec une fraction d’O2 de 20,9 %, la PO2 vaut 760×0,209 = 159 mmHg.
• À 8000 m avec une pression atmosphérique de 253 mmHg, la PO2 de l’air vaut 253×0,209 = 53 mmHg.
• L’O2 diffuse des alvéoles vers le sang quand PO2 alvéolaire est supérieure à la PO2 du plasma.
• Le CO2 diffuse du sang vers les poumons quand PCO2 plasmatique est supérieure à la PCO2 alvéolaire.

📖 8. Tests d'effort et VO2 max

🔑 Notions clés & Définitions

• VO2 : Mesure physiologique de la consommation d’oxygène, utilisée pour quantifier le métabolisme aérobie pendant l’effort.
• VCO2 : Mesure physiologique du rejet de CO2, enregistrée pour suivre la réponse respiratoire à l’exercice.
• VEMS : Indicateur spirométrique du volume maximal expiré, correspondant au volume expiré lors de la 1re seconde d’une expiration forcée.
• Seuil ventilatoire : Intensité d’exercice où la ventilation augmente de façon anormale, en lien avec une modification de l’équilibre acido-basique.
• FCmax : Fréquence cardiaque maximale théorique utilisée pour encadrer l’intensité lors des tests, estimée à partir de l’âge.

📝 Points essentiels

• Au cours d’un test d’effort, on enregistre VO2, VCO2, ventilation par minute (VE) et fréquence respiratoire (FR pour documenter les échanges gazeux.
• Les paramètres évalués au repos peuvent inclure échocardiographie, mesures des cavités et de l’épaisseur des parois, et examen du caractère des valvules.
• La spirométrie sert à étudier la capacité pulmonaire maximale, avec en particulier le VEMS défini comme le volume maximal expiré à la 1re seconde d’une expiration forcée.
• Au repos, le volume courant est d’environ 0,5 L, et il atteint environ 3,5 à 4 L à l’exercice maximal.
• Au repos, la FR est d’environ 12/min, et elle peut aller vers 60 à 70/min à l’effort maximal.
• La ventilation est approximativement de 6 L/min au repos et peut atteindre environ 200 L/min à l’effort maximal.

💡 Astuce mémo

VE = FR × VT : quand la respiration s’accélère et s’amplifie, la ventilation suit.

📖 9. Adaptations cardio-respiratoires à l'effort

🔑 Notions clés & Définitions

• Ventilation pulmonaire : La ventilation pulmonaire correspond à la quantité d’air mobilisée par les poumons par minute et dépend de la fréquence respiratoire et du volume courant.
• Exercice triangulaire : L’exercice triangulaire combine une intensité croissante avec des changements de régime respiratoire et circulatoire pour identifier le seuil ventilatoire.

📝 Points essentiels

• Lors de l’effort, l’augmentation du débit cardiaque s’accompagne d’une redistribution des débits: les territoires actifs voient leur débit augmenter tandis que d’autres diminuent ou sont “déshabités” par redirection.
• Avec un effort rectangulaire court (5–10 min) à 30–75 % de la VO2 max, l’enjeu majeur est une régulation rapide des vaisseaux via le système nerveux sympathique; avec un effort rectangulaire long (60 min) à 60–85 % de la VO2 max, la régulation se maintient dans le temps.
• La ventilation augmente comme suit: $VE=FR\times VT$, et elle est sous contrôle nerveux et/ou hormonal (chémorécepteurs artériels) ainsi que sous influence de la volonté.
• En exercice à intensité constante, la ventilation suit 3 phases: augmentation rapide avec courte stabilisation, puis hausse moins rapide à ~20 s, puis régulation fine pleinement opérationnelle avec intervention des chémorécepteurs et de la température centrale.
• En exercice à intensité croissante, le $VT$ augmente jusqu’à ~4 fois le repos par mobilisation des réserves, puis la $fR$ augmente x4–5 (de 12–16 cycles/min au repos jusqu’à ~50/min) surtout par réduction du temps expiratoire, ce qui peut multiplier $VE$ par ~20.
• Le seuil ventilatoire est associé à une hausse de $[H^+]$, une baisse des bicarbonates $[HCO_3^-]$ et une hausse de $PaCO_2$ entraînant une hyperventilation, théorie de Wassermann et al. (1973) remise en question et syndrome de Mc Ardle: hyperventilation sans augmentation de $[H^+]$ ni production de lactate.

💡 Astuce mémo

Redistribution + ventilation: cœur nourrit l’actif, poumon suit $VE=FR\times VT$, et au seuil la ventilation “décroche” (augmente disproportionnément).

📊 Tableaux de synthèse

Artères vs veines (orientation et structure)

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Confondre Qc (pompe du cœur, par minute) et Qs (arrivée aux organes, par minute).
2. Croire que les artères transportent forcément du sang oxygéné : le cours précise surtout le sens cœur↔organes, pas l’oxygénation.
3. Inverser systole/diastole : la systole = contraction, la diastole = repos.
4. Mélanger le trajet électrique et le trajet mécanique : le cycle électrique suit nœud sinusal→oreillettes→AV→His→Purkinje→ventricules, tandis que la contraction mécanique correspond ensuite aux systoles auriculaire puis ventriculaire.
5. Penser que le tissu nodal se limite au nœud sinusal : il inclut aussi nœud auriculo-ventriculaire, faisceau de His et fibres de Purkinje.
6. Confondre les méats nasaux : le méat supérieur ne fait pas circuler d’air (olfaction), le moyen est inspiratoire, le inférieur expiratoire.
7. Relier à tort l’hyperventilation au même mécanisme que l’augmentation de [H+], alors que la théorie de Wassermann est remise en question par le syndrome de Mc Ardle.

✅ Checklist Examen

1. Définir Qc, Qs, FR, VE, VT et VES, et donner au moins une relation liant VE, FR et VT.
2. Expliquer diastole vs systole et citer ce que traduisent les bruits du cœur (ouverture/fermeture des valvules).
3. Comparer artères et veines : structure des parois, sens du sang, et rôle des valvules dans les membres.
4. Écrire la chaîne des vaisseaux dans l’ordre et rappeler la loi de Poiseuille (Débit = ΔP/R).
5. Décrire le “système électrique” du cœur : point de départ (nœud sinusal) et trajet oreillettes→AV→His→Purkinje→ventricules.
6. Donner le lien fréquence intrinsèque du nœud sinusal (~100/min) et distinguer contrôle intrinsèque vs extrinsèque (sympathique/parasympathique).
7. Expliquer le remplissage ventriculaire : ~70% pendant la diastole et ~30% pendant la systole auriculaire.
8. Définir le VES et donner la formule VES = VTD − VTS (volume télédiastolique − volume télésystolique).
9. Donner les 3 mécanismes du retour veineux (pompe musculaire, pompe respiratoire, veinoconstriction) et la signification de la pression qui diminue en s’éloignant du cœur.
10. Décrire les voies respiratoires supérieures : fonctions des fosses nasales (méat supérieur/moyen/inférieur), rôle du pharynx et de l’épiglotte, fonction de la glotte.
11. Expliquer les échanges gazeux au niveau alvéolaire avec les lois de Dalton et d’Henry : sens des gradients pour O2 et pour CO2.
12. Présenter les tests et la VO2 max : rôles de VO2/VCO2/VE/FR, définition de VEMS, ordre de grandeur au repos vs effort max, et critères de validité (ex. durée <15 min, plateau VO2/FCmax/QR>1.1).
13. Décrire les adaptations à l’effort : redistribution des débits, différences exercice rectangulaire court vs long, phases de VE en intensité constante et le concept de seuil ventilatoire (hyperventilation) en intensité croissante.