La mécanique du transport de gaz et de fluides dans l’arbre trachéobronchiqueMechanics of Gas and Fluid Transport in the Tracheobronchial Tree

Chez l’homme, le système de distribution chargé de transporter l’air frais depuis les voies aériennes supérieures jusqu’à la zone d’échange air-sang (les régions acinaires) est une structure branchée hautement ramifiée, l’arbre trachéobronchique. De façon étonnante, on peut montrer par des arguments physiques que cette structure complexe correspond à une optimisation simultanée de l’espace occupé, de la résistance aérodynamique et du temps de transit du mélange gazeux respiré. En revanche, ce caractère optimal disparaît dès lors que l’on s’intéresse au transfert de fluides, comme dans le cas de la thérapie par substitution de surfactant. Cette thérapie, qui vise à remplacer le surfactant absent dans les régions acinaires du poumon, opère en propageant tout au long des bronches un bouchon liquide initialement instillé par voie intra-trachéale. Or, deux mécanismes essentiels interviennent au cours de cette propagation : (i) le dépôt de fluide sur les parois des bronches lors de la progression du bouchon liquide, (ii) la division du bouchon à chaque bifurcation de l’arbre. Ces deux mécanismes conditionnent respectivement l’efficacité et l’homogénéité de la distribution finale de surfactant. Malheureusement, homogénéité et efficacité dépendent de manière contradictoire des conditions d’administration, en particulier du débit. Nos calculs montrent ainsi que, si la double contrainte d’efficacité et d’homogénéité peut être satisfaite assez aisément chez le nouveau-né, elle conduit en revanche chez l’adulte à une réduction considérable de la fenêtre des paramètres d’administration acceptables, et ainsi expliquer en partie certains échecs cliniques antérieurs de la thérapie par substitution de surfactant. La non-linéarité des phénomènes et la sensibilité de la thérapie aux conditions d’administration requièrent donc une véritable « ingénierie » de l’administration et, par conséquent, un dialogue très étroit entre la médecine et la physique ou la mécanique des fluides.