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La ventilation pulmonaire est le processus mécanique de renouvellement du gaz alvéolaire. Les poumons sont modélisés comme des circuits RC équivalents : la conformité C_L (analogue à la capacité) stocke l'énergie élastique ; la résistance des voies respiratoires R_VA (analogue à la résistance) dissipe l'énergie. La constante de temps = R·C détermine le taux de remplissage et de vidange : si est long (obstruction : R ou hyperinflation : C), une expiration incomplète génère un piégeage d'air.

L'équation de ventilation alvéolaire (V_A = k·V_CO/PaCO) est la loi fondamentale de la ventilation : PaCO dépend uniquement de la ventilation alvéolaire (pas de la ventilation totale : l'espace mort anatomique, ~150 mL, n'y participe pas). Hypoventilation PaCO (hypercapnie, acidose respiratoire) ; hyperventilation PaCO (hypocapnie, alcalose respiratoire). La ventilation mécanique ajuste V_A pour normaliser la PaCO.

L'équation de Young-Laplace explique pourquoi le surfactant est indispensable : sans lui, la pression d'effondrement alvéolaire (2/r) serait de 2×70/75×10 1867 Pa = 19 cmHO, impossible à vaincre avec les muscles respiratoires. Le tensioactif réduit à ~ 5 mN/m (et diminue encore lors de l'expiration à mesure que r), stabilisant les alvéoles et empêchant l'effondrement (atélectasie). Son absence chez les prématurés provoque un syndrome de détresse respiratoire néonatale.

Le rapport de Tiffeneau (VEMS/CVF) est le paramètre spirométrique central : < 0,70 définit une obstruction (asthme, BPCO) ; Une diminution de la CVF avec un VEMS/CVF normal définit une restriction (fibrose pulmonaire, faiblesse musculaire). Le travail respiratoire total (W_elást + W_resist) reflète le coût énergétique de la ventilation : dans le poumon normal, il représente 1 à 2 % de la dépense énergétique totale ; dans les cas de BPCO sévère, il peut atteindre 30 à 40 %, contribuant à la fatigue et à l'hypercapnie.

La résistance des voies respiratoires R_VA 1/r (Poiseuille) est extrêmement sensible au calibre bronchique : une réduction de 20 % du rayon quadruple R_VA. Dans l'asthme, le bronchospasme réduit r, élève R_VA, augmente le travail respiratoire et peut provoquer une insuffisance respiratoire. Les bronchodilatateurs (-agonistes) détendent les muscles lisses bronchiques, augmentant r et réduisant R_VA.

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