Résistance et dynamique des voies aériennes

La résistance des voies aériennes est l'opposition qu'offrent les voies aériennes de conduction au flux d'air, définie comme la différence de pression motrice divisée par le débit qu'elle produit. La dynamique des voies aériennes — c'est-à-dire la manière dont leur calibre varie en fonction du volume pulmonaire, du débit et de la pression transmurale — détermine l'emplacement de la majeure partie de la résistance et explique pourquoi le débit devient limité lors d'une expiration forcée.

Definition

La résistance des voies aériennes est le rapport entre la différence de pression motrice entre les alvéoles et l'ouverture des voies aériennes et le débit d'air qu'elle produit ; elle reflète l'opposition frictionnelle et géométrique au mouvement des gaz à travers les voies aériennes de conduction et dépend fortement du rayon des voies aériennes.

Scope

Ce sujet aborde la définition et les déterminants de la résistance des voies aériennes, la distribution de la résistance le long de l'arbre bronchique, la dépendance du calibre des voies aériennes vis-à-vis du volume pulmonaire, et la compression dynamique qui limite le débit expiratoire. Il s'agit d'un exposé de référence sur la mécanique des voies aériennes et ne fournit aucun conseil de gestion clinique.

Core questions

• Comment la résistance des voies aériennes est-elle définie en termes de pression motrice et de débit ?
• Pourquoi le rayon des voies aériennes a-t-il un effet si important sur la résistance ?
• Où se situe la majeure partie de la résistance des voies aériennes le long de l'arbre bronchique ?
• Comment la compression dynamique des voies aériennes produit-elle la limitation du débit expiratoire ?

Key concepts

• Résistance des voies aériennes
• Flux laminaire et turbulent
• Dépendance au rayon
• Distribution de la résistance
• Dépendance du calibre au volume pulmonaire
• Compression dynamique des voies aériennes
• Point d'égale pression

Key theories

Dépendance de la résistance au rayon

Pour un flux laminaire, la résistance varie inversement avec une puissance élevée du rayon des voies aériennes, de sorte que de petits changements de calibre — dus au tonus des muscles lisses, aux sécrétions ou à l'épaississement de la paroi — entraînent d'importantes variations de résistance ; la résistance diminue également à mesure que le volume pulmonaire augmente et que les voies aériennes sont tirées pour s'ouvrir.

Compression dynamique et point d'égale pression

Lors d'une expiration forcée, la pression pleurale peut dépasser la pression à l'intérieur des voies aériennes à un point situé en aval des alvéoles ; au-delà de ce point d'égale pression, la voie aérienne est comprimée, de sorte que le débit maximal est déterminé par le recul pulmonaire et la résistance du segment en amont plutôt que par l'effort expiratoire.

Mechanisms

Le flux d'air à travers les voies aériennes est opposé par une résistance qui, pour un flux laminaire, dépend très fortement du rayon des voies aériennes ; ainsi, le calibre des voies aériennes est le déterminant dominant de la résistance. Bien que les petites voies aériennes individuelles soient étroites, elles sont si nombreuses et leur section transversale combinée si grande que la majeure partie de la résistance mesurable dans un poumon normal se situe dans les bronches de taille moyenne plutôt que dans les plus petites voies aériennes. Le calibre des voies aériennes augmente à mesure que le poumon se gonfle, car le parenchyme environnant exerce une traction radiale qui maintient les voies aériennes ouvertes, de sorte que la résistance diminue à des volumes pulmonaires plus élevés. Lors d'une expiration forcée, l'augmentation de la pression pleurale qui expulse l'air comprime également les voies aériennes ; en aval du point où les pressions des voies aériennes et pleurale deviennent égales, les voies aériennes se rétrécissent dynamiquement, et à partir de là, le débit maximal est déterminé par le recul élastique du poumon et la résistance en amont — c'est la base de la limitation du débit expiratoire.

Clinical relevance

Une résistance accrue des voies aériennes, due à la bronchoconstriction, à l'œdème muqueux, aux sécrétions ou à la perte de la traction parenchymateuse qui maintient les voies aériennes ouvertes, est la caractéristique mécanique des schémas ventilatoires obstructifs, et elle augmente le travail respiratoire résistif. La compression dynamique explique pourquoi les mesures expiratoires forcées reflètent la fonction des voies aériennes. Cette entrée décrit la physiologie et la mesure et ne constitue pas une base pour un diagnostic ou un traitement individuel.

Evidence & guidelines

Les méthodes de mesure de la résistance des voies aériennes et des débits associés ont été établies dans des études classiques de pléthysmographie et d'oscillation forcée et sont appliquées dans le cadre de protocoles standardisés de fonction pulmonaire ; l'interprétation des mesures de résistance et de débit est définie dans les déclarations internationales sur la fonction pulmonaire.

History

La mesure directe de la résistance des voies aériennes est devenue possible dans les années 1950 grâce à la pléthysmographie corporelle et aux techniques d'oscillation forcée introduites par DuBois et ses collègues. Dans les années 1960, Mead, Macklem et leurs collaborateurs ont expliqué la limitation du débit expiratoire par la compression dynamique des voies aériennes, reliant la résistance des voies aériennes, le recul pulmonaire et le débit maximal dans une explication cohérente de la dynamique des voies aériennes.

Key figures

• Arthur B. DuBois
• Jere Mead
• Peter Macklem

Seminal works

• dubois-1956
• mead-1967

Frequently asked questions

Pourquoi une petite modification du diamètre des voies aériennes entraîne-t-elle une grande modification de la résistance ?

Pour un flux laminaire, la résistance varie inversement avec une puissance élevée du rayon des voies aériennes, de sorte que même un rétrécissement modeste — dû à une contraction des muscles lisses, un œdème ou des sécrétions — augmente fortement la résistance au flux d'air.

Où se situe la majeure partie de la résistance des voies aériennes dans le poumon ?

Dans un poumon normal, la majeure partie de la résistance mesurable se situe dans les bronches de taille moyenne. Les plus petites voies aériennes sont individuellement étroites mais si nombreuses, avec une section transversale combinée si grande, qu'ensemble elles contribuent relativement peu à la résistance.