Aspects anatomiques et physiologiques de l’appareil respiratoire

Aspects anatomiques et physiologiques de l’appareil respiratoire

Physiologie de l’appareil respiratoire :

La respiration correspond à deux mécanismes : l’inspiration qui fournit l’oxygène de l’air à l’organisme et l’expiration qui permet d’éliminer le CO2.Cet échange gazeux se produit au niveau des poumons, dans les alvéoles pulmonaires grâce à une différence de pression entre les deux côtés (un gaz s’écoule du milieu le plus concentré vers le moins concentré). Le terme de respiration a aussi un autre sens lorsqu’il correspond aux réactions chimiques oxydatives à l’intérieur des cellules de l’organisme : c’est la respiration cellulaire (elle correspond à la consommation d’oxygène au niveau cellulaire pour dégrader le glucose ou les lipides et produisant du CO2.qui est donc un déchet de cette dégradation). L’échange gazeux au niveau des alvéoles pulmonaires s’effectue par diffusion (dite alvéolo-capillaire) grâce à un mécanisme appelée la ventilation pulmonaire qui correspond à l’ensemble des mouvements respiratoires assurant le renouvellement de l’air passant par les poumons. Ces mouvements se font grâce aux muscles respiratoires intercostaux et diaphragme (muscle fin à la base des poumons qui sépare la cage thoracique de l’abdomen). La respiration est un phénomène automatique et spontané. Au repos, le rythme ou fréquence respiratoire d’un adulte moyen est de 16 respirations par minute. Chaque jour, un adulte inspire environ 8000 litres d’air (à raison de 0,5 litre d’air environ par inspiration)

Résumé

Ce mémoire traite une étude générale sur les moyens techniques d’exploration de la fonction respiratoire assurée d’une part par la mobilisation de la cage thoracique grâce aux muscles respiratoires et d’autre part par les poumons grâce au échanges gazeux alvéolo-capillaires. Nous sommes donc en présence de deux fonctions physiologiques :Une fonction ventilatoire mécanique et une fonction respiratoire physicochimique. L’étude entamée dans ce travail passe en revue différents types de capteurs dédiés à l’exploration fonctionnelle respiratoire (EFR). Nous nous sommes intéressé en particulier à un capteur de pression différentielle basé sur le principe de la pneumotachographie de Fleisch qui elle-même repose sur la loi de Poiseuille selon laquelle le débit d’un écoulement laminaire est proportionnel à la différence de pression entre deux points de cet écoulement. Ce qui nous a amené à concevoir et à réaliser un capteur à inductance variable par le déplacement d’un noyau ferromagnétique engendré par la différence de pression entre deux points de l’écoulement gazeux respiratoire à l’intérieur d’une tête de Fleisch.

Etats des lieux concernant les méthodes de mesure des volumes et débits

respiratoires [4, 5, 6] : Les explorations fonctionnelles respiratoires offrent une large palette d’examens et donc de techniques visant à évaluer la manière dont fonctionne le système respiratoire. Cette évaluation oriente le diagnostic et elle permet le suivi évolutif des pathologies respiratoires, parmi les examens le plus souvent pratiqués figure la mesure des volumes gazeux que les poumons peuvent contenir. Certains volumes peuvent être inspirés ou expirés ce qui signifie qu’ils sont mobilisables et relativement faciles à mesurer. En revanche, le volume résiduel, correspond au volume gazeux qui reste toujours dans les poumons et ne peut donc jamais être expiré. Il s’agit d’un volume non mobilisable dont la mesure est plus difficile

La technique de dilution d’hélium :

Dans cette technique, il faut savoir que l’Hélium est un gaz qui ne franchit pas la barrière alvéolaire. Nous allons donc nous en servir comme « gaz traceur ». Le patient est relié à un spiromètre en circuit fermé de volume V contenant une fraction connue d’hélium Fhe. Il va alors respirer, à partir de la CRF, un gaz dont la composition est connue. A l’équilibre, la fraction d’hélium se répartit dans l’ensemble du volume composé du spiromètre et des poumons du sujet. La fraction d’hélium initiale aura donc diminuée jusqu’à sa valeur d’équilibre Fhe/éq. L’hélium étant un gaz qui ne franchit pas la barrière alvéolaire (dans un temps inférieur à 8 minutes). La CRF peut alors être calculée à partir de la loi de conservation des masses.

La pneumotachographie

Le pneumotachographe (PTG) permet de mesurer les débits ventilatoires. Il est essentiellement constitué par un tube de métal contenant une série de feuillets ondulés faits d’une tôle très fine et enroulées sur eux-mêmes de manière à créer de très nombreux canaux de forme grossièrement cylindrique, disposés suivant le plus grand axe du tube ce système a été étudié pour provoquer une résistance tout en maintenant « laminaire » l’écoulement de l’air à travers le PTG. La présence d’une résistance détermine l’apparition d’une différence de pression entre deux points situés à distance l’un de l’autre le long du PTG. La différence de pression, très légère est mesurée au moyen d’un électro manomètre différentiel.

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Table des matières

Introduction générale
Chapitre I : Aspects anatomiques et physiologiques de l’appareil
respiratoire
I.1 Introduction
I.2 Anatomie du système respiratoire 
I.2.1 L’arbre respiratoire
I.2.2 Les poumons 
I.2.3 Les muscles de la respiration
I.2.4 Le cœur
I.3 Physiologie de l’appareil respiratoire 
I.3.1 Les mécanismes respiratoires
I.3.2 Paramètres respiratoires 
I.4 Etats des lieux concernant les méthodes de mesure des volumes et
débits respiratoires
I.4.1 Mesure des volumes non mobilisable 
I.4.2 Mesure des volumes mobilisables
I.5 Conclusion
Chapitre II : Etude des capteurs de pression différentielle
II.1 Introduction 
II.2 Définition de la pression 
II.3 Les Différents types de pressions
II.3.1 La pression absolue 
II.3.2 La pression atmosphérique
II.3.3 La pression relative 
II.3.4 La pression différentielle
II.3.5 La pression hydrostatique
II.3.6 La pression hydrodynamique 
II.3.7 La dépression
II.4 Le capteur à pression 
II.4.1 Principe
II.4.2 Les capteurs différentiels
II.5 Etude d’un capteur de pression à inductance variable 
II.5.1 Principe générale 
II.5.2 L’expression entre le déplacement et la variation relative 
II.6 Conclusion
Chapitre III : Le pneumotachographe de Fleisch
III.1 Introduction 
III.2 Le pneumotachographe de type Fleisch
III.3 Application de la loi de Poiseuille
III.4 Expérience de Reynolds
III.5 Conclusion
Chapitre IV :Etude et réalisation de la carte de conditionnement
du capteur de pression
IV.1 Introduction 
IV.2 Réalisation du circuit oscillateur 
IV.2.1 Les oscillateurs
IV.2.2 Oscillateur à pont de Wien 
IV.2.3 Le signal U(t) au point PM
IV.3 Réalisation du circuit de détecteur 
IV.3.1 Principe de fonctionnement d’un détecteur d’enveloppe 
IV.3.2 Les conditions à satisfaire pour une bonne démodulation 
IV.4 La mise en forme du signal respiratoire
IV.4.1 Amplification 
IV.4.2 Le filtrage 
IV.4.3 Circuits de mise en forme (offset
IV.5 Conclusion
Conclusion générale
Annexes
Bibliographie