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Mécanique ventilatoire, spirométrie et échanges gazeux

BiologiePhysiologie humaine et animale16–17 ans

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Le diaphragme et les muscles intercostaux modifient le volume du thorax : la pression dans les poumons baisse ou monte (loi de Boyle) et l’air entre ou sort ; comparez le thorax avec le modèle de la cloche. Un spiromètre trace les volumes pulmonaires : volume courant, capacité vitale, VEMS/CVF et ventilation pulmonaire = volume courant × fréquence respiratoire. Passez de poumons sains à l’asthme, à l’emphysème ou à la fibrose, ajoutez le tabac ou l’effort pour voir l’effet sur les échanges gazeux dans les alvéoles, et réalisez le TP à l’eau de chaux avec l’air inspiré et l’air expiré.

Leçon : Échanges gazeux et ventilation chez l’être humain

Ce qu’elle montre

L’inspiration se produit quand le diaphragme et les intercostaux externes se contractent : le thorax s’agrandit, la pression dans les alvéoles passe sous la pression atmosphérique (loi de Boyle) et l’air entre. L’expiration au repos est un retour élastique passif ; l’expiration forcée fait appel aux intercostaux internes et aux muscles abdominaux. Un spiromètre mesure le volume courant, les volumes de réserve inspiratoire et expiratoire, la capacité vitale, le VEMS et la CVF. Les maladies obstructives comme l’asthme et l’emphysème abaissent le rapport VEMS/CVF ; la fibrose rend les poumons rigides et petits. Dans les alvéoles, la loi de Fick relie la vitesse de diffusion à la surface, à la différence de concentration et à l’épaisseur.

Mode d’emploi

Dans Mécanique ventilatoire, observez les graphiques de volume et de pression, choisissez Cloche dans Modèle, ou désactivez Respiration auto et faites glisser le dessin. Dans Spiromètre, attendez trois respirations calmes, cliquez sur Inspirez à fond, puis expirez à fond (CV) et sur Expiration forcée (VEMS), puis sur Noter les résultats. Changez Poumons, Fumeur et Activité, puis recommencez. Dans TP eau de chaux, cliquez sur Commencer à respirer et comparez les deux tubes.

Paramètres modifiables

  • Écran Mécanique ventilatoire, Spiromètre, Échanges gazeux dans les alvéoles, TP eau de chaux
  • Modèle Thorax, Cloche
  • Poumons Sains, Asthme (bronchoconstriction), Emphysème, Fibrose pulmonaire
  • Fumeur
  • Activité Repos, Effort modéré, Effort intense

Questions à explorer

  1. Pourquoi l’air entre-t-il dans les poumons quand le diaphragme se contracte et s’aplatit ?
  2. Pourquoi le rapport VEMS/CVF d’une personne asthmatique est-il plus bas que celui d’une personne en bonne santé ?
  3. Quel tube d’eau de chaux se trouble en premier, et qu’est-ce que cela montre sur l’air expiré ?

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