La fonction respiratoire

introduction La fonction respiratoire approvisionne l’organisme en Oxygène (O2) pour répondre aux besoins des cellules qui en consomment pour leur métabolisme. Elle élimine le gaz carbonique (CO2) produit par ces cellules lors de leur activité métabolique. La respiration assurée par l’appareil respiratoire associe deux fonctions : la ventilation qui achemine l’air ambiant riche en O2 dans l’appareil respiratoire et élimine l’air pulmonaire riche en CO2, et la diffusion des gaz O2 et CO2 entre l’air et le sang au niveau des alvéoles pulmonaires. Dans ce processus, les fonctions respiratoire et cardiaque sont indissociables.

ANATOMIE

A / Les voies respiratoires 1/les voies aériennes supérieures Les fosses nasales et les sinus : cavités richement vascularisées tapissées d'une couche de cellules épithéliales sécrétant du mucus (muqueuse) et ciliées, une zone localisée à la partie supérieure de chaque cavité comporte l'épithélium olfactif. Le rôle des fosses nasales est de réchauffer l’air Le pharynx : carrefour des voies digestives et respiratoires. conduit musculo-membraneux long de 15 cm environ. Comporte trois étages : une partie supérieure, ou nasale, en rapport avec les fosses nasales :le nasopharynx une partie moyenne, ou buccale, en communication avec la bouche : l’oropharynx une partie inférieure, en rapport avec le larynx : le laryngopharynx. Le larynx : contenant les cordes vocales indispensables pour la voix

Schéma voies aériennes supérieures

2/La trachée tube maintenu ouvert par une 20ène d’anneaux de cartilage incomplet et dont la paroi est tapissée d'un épithélium cilié et glandulaire à mucus; conduit élastique (fibro-cartilagineux) 12 cm de long pour un diamètre de 2 cm.

3/ les bronches La trachée se divise en deux conduits qui sont nommés les bronches. Elles atteignent les poumons au niveau du Hile, accompagnées par des artères et veines pulmonaires. Au niveau du Hile chacune des bronches se divise en bronches secondaires, une pour chaque lobe (3 à droite et 2 à gauche). Puis chaque bronche se divise en rameaux bronchique de plus en plus petit : les bronchioles. Au début la structure des bronches est la même que celle de la trachée, puis les anneaux cartilagineux deviennent de plus en plus irréguliers pour disparaître au niveau des bronchioles

4/ les bronchioles Elles n’ont pas de cartilage, sont fines comme des cheveux et se terminent par de minuscules sacs plein d’air : les alvéoles pulmonaires le cartilage est remplacé par du tissu musculaire lisses enroulé en spirale autour des conduits aériens et donc possibilité de bronchodilatation (à l'effort) et bronchoconstriction pour asthme ou autre. (les anneaux sont visibles sur ta diapo 9)

B/ les poumons 1/ au niveau anatomique Deux poumons gauche (600g) et droit (700g), séparés l'un de l'autre par le médiastin où se trouve le coeur. Ils sont posés sur le diaphragme (muscle) et protégés par la cage thoracique en avant, en dehors et en arrière. Le poumon droit comporte 3 lobes, le poumon gauche 2 lobes seulement en raison de la place nécessaire au cœur (voir anatomie du cœur). Les zones de séparation de ces lobes sont appelées scissures. Les poumons sont des organes spongieux et élastiques. Ils sont entourés d’une membrane séreuse, la plèvre. La plèvre: fine membrane étanche et humide qui comporte un feuillet pariétal et un viscéral. La plèvre pariétale est fixée à la cage thoracique interne et au diaphragme tandis que la plèvre viscérale est attachée au poumon. Entre les deux feuillets de la plèvre, une infime quantité de liquide pleural qui permet aux deux plèvres de glisser facilement l'une contre l'autre pendant la respiration et de réduire les frictions lors de la respiration.

2/au niveau histologique les alvéoles pulmonaires correspondent à la partie terminale de la ramification bronchique, elles sont l’aboutissement des voies aériennes. Ce sont des sacs tapissés d’un épithélium, elles constituent les unités fonctionnelles du poumon (échanges gazeux) ;Elles sont au nombre d'environ 200 millions et représenteraient une surface de 100m2 si elles étaient étalées, quand vous inspirez, les alvéoles se gonflent ; quand vous expirez, elles diminuent de calibre en se vidant. sur les 100 m2 de surface alvéolaire 70 m2 sont en contact direct avec les capillaires sanguins (c'est énorme et montre la spécialisation de la zone) L'épaisseur de la paroi alvéolaire est de 0.5 µm (très fine ; une hématie fait 7µm de diamètre) les capillaires pulmonaires sont des petits vaisseaux qui entourent l’alvéole. C'est à travers leurs parois que se font les échanges gazeux.

C/ les muscles de la respiration Le plus important: le diaphragme situé en dessous de la cage thoracique et sépare cette dernière de l'abdomen. D'autres muscles interviennent : les muscles intercostaux (entre les côtes), les muscles abdominaux, les muscles du cou, etc

PHYSIOLOGIE

La respiration est un processus qui va permettre les échanges gazeux entre l'air et les alvéoles pulmonaires. Il faut renouveler l'air en permanence contenu dans les poumons. Cette fonction de ventilation doit se faire sans arrêt tout au long de la vie, elle est vitale, elle est dite automatique. Elle est sous la dépendance de cellules nerveuses appelées centres respiratoires. La respiration remplit trois fonctions: - Apporter de l'oxygène à l'organisme. La consommation d’O2 peut variée (effort, stress, froid, fatigue, tabac/alcool, digestion, surpoids) - Rejeter les déchets en l'occurrence le dioxyde de carbone. - Participer à la régulation du PH sanguin.

A/ un phénomène mécanique La ventilation pulmonaire est assurée par l’alternance des inspirations et des expirations (cycle respiratoire). Le rythme des mouvements respiratoires chez l’homme adulte au repos est de 14 à 18 mouvements par minutes.

Au cours d’une inspiration normale, qui correspond à la pénétration d’air dans les poumons, les muscles élévateurs de la cage thoracique se contractent, les côtes et le sternum se soulèvent ce qui permet d’agrandir la cage thoracique en largeur et en profondeur tandis que la contraction du diaphragme vers le bas permet de l’agrandir en hauteur. Les poumons adhérant par la plèvre à la cage thoracique et au diaphragme. C’est l’abaissement de ce dernier, provoquant un vide partiel, qui permet d’augmenter le volume pulmonaire et de diminuer la pression intra pulmonaire. Cela provoque une entrée d’air : il y a aspiration de l’air ambiant. C’est donc un phénomène actif Par opposition, l’expiration normale est un phénomène passif qui se traduit par la réduction du volume de la cage thoracique notamment grâce au relâchement des muscles inspirateurs et à l’élasticité pulmonaire. Notons que cette élasticité est en autre permise par le surfactant, un liquide formant un film très mince tapissant la face interne des alvéoles pulmonaires. Lors de l’expiration, les poumons reprennent leur taille initiale et expulsent l’air.

les volumes respiratoires Lors de la respiration, différents volumes d’air entrent dans les voies respiratoires et dans les poumons. Les poumons ne se remplissent pas complètement lors de l’inspiration, ni ne se vident pas totalement lors de l’expiration. En fait au repos, la ventilation ne représente qu’environ 10% de la quantité d’air contenue complètement dans les poumons. Les poumons ont une capacité totale d’environ 6,5 litres chez l’homme et 5 litres chez la femme. Chaque mouvement respiratoire provoque au repos l’entrée, puis la sortie de 0,5 litres d’air : c’est le volume courant (VC). Une inspiration forcée maximale introduit dans les poumons un volume d’air appelé le volume de réserve inspiratoire (VRI). Chez un sujet normal, il est de l’ordre de 1,9 litre (femme) à 3,3 litres (homme). Une expiration forcée peut chasser un certain volume d’air dit volume de réserve expiratoire (VRE) qui varie de 0,7 à 1 litre.

B/ un super système de protection des poumons 1. Dans les voies aériennes supérieures, l'air qui pénètre par le nez est réchauffé, humidifié, et dépoussiéré. Cette régulation se poursuit tout au long de la trachée et des bronches. 2. Dans la trachée et dans les bronches qui sont tapissées de cellules portant à leur surface des cils microscopiques mobiles, revêtus d’un film liquidien, le mucus. Ils forment une sorte de tapis roulant dont le rôle est de recueillir et de rejeter vers l'extérieur les poussières éventuellement inhalées et les "débris cellulaires". En cas de production trop importante, elles sont en partie expectorées. Attention ! Eternuer, se moucher ou tousser sont donc des moyens naturels d'éliminer les sécrétions. 3. Dans les alvéoles pulmonaires, des cellules de grande taille appelées "macrophage'" digèrent poussières et microbes grâce aux enzymes qu'elles contiennent

C/ DES PHENOMENES CHIMIQUES Ils comprennent trois étapes : les échanges gazeux au niveau des alvéoles, le transport des gaz par le sang circulant et les échanges gazeux au niveau de la cellule.

Les différentes étapes de la respiration

1/ Les échanges gazeux entre les alvéoles et le sang (appelés aussi hématose) ceux-ci se font par diffusion simple des gaz à travers la paroi alvéolaire. Les artères pulmonaires transportent aux poumons le sang pauvre en O2 et riche en CO2.On parle de sang non hématosé. Les veines pulmonaires ramènent au cœur le sang changé en O2 et pauvre en CO2. On parle de sang hématosé. L’oxygène (O2) passe de l’air alvéolaire vers les sang de l’artère pulmonaire (le sang non hématosé devient hématosé), tandis que le gaz carbonique (CO2) passe du sang vers l’air alvéolaire pour être expulsé

Les échanges gazeux ont lieu au niveau des alvéoles pulmonaires Les échanges gazeux ont lieu au niveau des alvéoles pulmonaires. Le sang arrive aux poumons, transporté par l’artère pulmonaire. L’air et le sang ne sont séparés que par 2 membranes très fines formées d’une seule couche de cellules : la membrane des capillaires sanguins et la membrane des alvéoles pulmonaires. Cette minceur des membranes permet une diffusion rapide des gaz. C’est un sang non hématosé dont la pression de CO2 est élevée et la pression de O2 est faible qui parvient aux poumons. A la différence, dans l’air alvéolaire, la PO2 est élevée et la PCO2 est faible. La différence de pression partielle crée ce que l’on nomme un gradient de pression. Ainsi les gaz diffusent à travers les membranes en suivant le gradient de pression. Les gaz s’écoulent dans le sens de leur gradient, c'est-à-dire d’une plus haute vers une plus basse pression partielle. C’est pourquoi l’O2 diffuse de l’air alvéolaire vers le sang (gradient=14 – 5,3=8,7kPa) et le CO2 diffuse du sang vers l’air alvéolaire (gradient=6,1 – 5,3=0,8kPa). Le sang qui quitte les poumons par les veines pulmonaires est un sang hématosé. Ces échanges gazeux fonctionnels sont indispensables à l’organisme.

les gradients au niveau pulmonaire

2/ Le transport des gaz par le sang circulant : Le sang est un tissu liquide visqueux composé de globules rouge (les hématies), de globules blanc (les leucocytes), des plaquettes et du plasma. Le sang est en grande partie occupé par de l’eau, des sels minéraux, des protéines plasmatiques (albumines), des lipides, du glucose, des hormones, des protéines pour la coagulation, des déchets métaboliques, et des gaz : l’oxygène et le dioxyde de carbone. le dioxygène est combiné à l’hémoglobine qui se trouve dans les hématies : c’est l’oxyhémoglobine (HbO2) : l’oxygène est donc transporté par l’hémoglobine (Hb) du sang jusqu’aux cellules et le gaz carbonique jusqu’aux alvéoles. Le CO2 est transporté sous 3 formes: le CO2 dissous (5%) et d’ions hydrogénocarbonates HCO3- (70%) qui sont responsables de la variation du pH dans le sang et des composés carbaminés (25%)

Dans la circulation sanguine générale : Les artères conduisent le sang chargé d’oxygène (O2) vers les organes. La plus grosse est l’aorte Les veines acheminent le sang chargé de gaz carbonique (CO2) au coeur. Les plus grosses sont les veines caves Les capillaires sont des vaisseaux très fins qui établissent le passage du sang des artères aux veines.

3/ Les échanges gazeux au niveau de la cellule : La respiration cellulaire est l’ensemble des réactions biochimiques aboutissant à la formation d’ATP, source d’énergie de la cellule. Ce mécanisme consomme du dioxygène et crée du dioxyde de carbone comme déchet. C’est la raison pour laquelle on parle de respiration cellulaire. Le dioxygène : est une molécule composée de deux atomes d'oxygène, notée O2, qui est à l'état de gaz aux conditions normales de pression et de température. Il compose environ 21% de l’air. Le dioxyde de carbone :appelé gaz carbonique, est un composé chimique composé d'un atome de carbone et de deux atomes d'oxygène et dont la formule brute est : CO2. Il est produit notamment lors de la respiration des êtres vivants et des végétaux. L'air expiré contient environ 4% de CO2. Le dioxyde de carbone est un gaz incolore et inodore qui se forme dans les tissus de l'organisme et qui est éliminé par les poumons. l’O2 va se libérer de l’Hb et se dissoudre dans le plasma qui va le transporter aux cellules ; le CO2 est un déchet produit par la cellule, il va se dissoudre dans le plasma qui va le transporté jusqu’au sang (veine).

C/ régulation du système respiratoire La respiration est une activité spontanée, contrôlable par la volonté. Cela dit, il existe des centres qui régulent la ventilation. Ces centres sont localisés au niveau du bulbe rachidien (au niveau du tronc cérébral) et « commandent » la respiration.

Ces centres vitaux respiratoires sont excités et stimulés lorsque : - La pression du dioxygène dans le sang baisse (hypoxémie) - La pression de dioxyde de carbone dans le sang augmente (hypercapnie) - Lorsque le pH chute (acidose) Pour contrôler la ventilation, les centres envoient des influx nerveux (décharges) qui permettent d’innerver le diaphragme et les muscles intercostaux (via les nerfs intercostaux). Ce sont ces décharges qui entrainent la dilatation de la cage thoracique pendant l’inspiration d’où l’entrée d’air dans les poumons. L’arrêt des décharges de la part des neurones entraine le relâchement des muscles respiratoires, la diminution du volume de la cage thoracique, la compression des poumons et par conséquent l’expulsion de l’air : c’est l’expiration.