3.1 - Le système respiratoire humain SBI 3U Dominic Décoeur

Activité Compte le nombre de respiration en 1 minute. Quel est ton résultat? D’après toi, est-ce élevé? Est-ce un résultat fiable?

Résultats La fréquence respiratoire (en 1 minute) habituelle pour : un nouveau-né : environ 50 un nourrisson : environ 40 un enfant : 20 à 30 un adulte : 12 à 15 Pour l’adolescent et l’adulte, lors d’activité intense, la respiration peut atteindre 24 fois/minute. Certaines personnes, dont les sportifs entrainés, peuvent avoir une respiration au repos plus lente.

Les organes du système respiratoire Nez Fosses nasales Pharynx Larynx Trachée Poumons (bronches, bronchioles, alvéoles)

CARACTÉRISTIQUES GÉNÉRALES Anatomie

Le nez Fait de replis appelés cornets qui réchauffent, humidifient et nettoient l’air inspiré de ses impuretés. Les cornets sont des replis des os nasales qui ont à leur surface l’épithélium olfactif qui assure l’odorat. Poils à l’entrée filtre les poussières les plus grosses. Les septum (os) sépare les deux narines.

Le pharynx Passage commun à l’air et les aliments. Le pharynx termine la glotte, plus grande chez l’homme. Autour de la glotte, les cordes vocales permettent la parole. L’épiglotte joue le rôle de trappe lors de la déglutition.

Le larynx Forme la pomme d’Adam. Organe à paroi cartilagineuse. Fonctions : fournir un passage à l’air contient les cordes vocales

Organes de la phonation Le larynx est l’organe de la phonation. Fait de 2 pièces principales cartilagineuses : cartilage thyroïdien cartilage cricoïdien Lorsque la glotte varie de forme, elle produit différents sons.

Le larynx Les cartilages thyroïdien et cricoïdien forment le larynx. Chez l’homme, le cartilage thyroïdien est plus volumineux.

Les cordes vocales Les cordes vocales sont attachées aux pièces cartilagineuses et l’espace entre elle se nomme la glotte. Derrière la glotte se trouve la trachée.

La trachée Tube cylindrique relie le larynx aux bronches. Succession d’anneaux de cartilage qui donne à l’organe une semi-rigidité tenant le passage libre et ouvert pour l’air. Paroi interne fait d’une muqueuse de cellules caliciformes sécrétrices de mucus et portant des cils qui battent vers le haut pour expulser les bactéries.

Dans la trachée : la présence de cils La présence continuelle des cils propulse la poussière et les bactéries vers le nez et la gorge. De là, elles sont expulsées aux moyens de la toux ou de l’éternuement.

Dans certains cas, les cellules sont ciliées : Cellules responsables du déplacement du mucus dans les voies respiratoires. Cet épithélium recouvre les voies respiratoires. Certaines cellules de cet épithélium cylindrique simple sécrètent un liquide visqueux, le mucus. Ce mucus piège la plupart des poussières et bactéries qui risqueraient d'atteindre les fragiles alvéoles pulmonaires. Le mouvement des cils des cellules remonte constamment le mucus vers la gorge où il est avalé (ou craché par terre pour les plus malpropres!). La fumée de cigarette paralyse progressivement les cils de ces cellules. Les fumeurs doivent donc tousser pour réussir à évacuer le mucus de leurs voies respiratoires. À la longue, la fumée de cigarette irrite les voies respiratoires qui réagissent à cette irritation en sécrétant de plus en plus de mucus de plus en plus difficile à évacuer.

Les poumons La trachée se divise en bronches qui se ramifient en bronchioles qui mènent aux sacs alvéolaires et ensuite aux alvéoles (environ 3 000 000). Les poumons se divisent en lobes (3 lobes pour le droit et 2 lobes pour le gauche). Chaque poumon est couvert de deux membranes : membrane (plèvre) viscérale; qui est interne (fixé contre le poumon) membrane (plèvre) pariétale; qui est externe (fixé contre la paroi de la cage thoracique)

Trachée  2 bronches  bronchioles Poumon gauche : 2 lobes Poumon droit : 3 lobes

Les deux différentes membranes des poumons Plèvre pariétale Plèvre viscérale Diaphragme

Les poumons Entre les deux membranes, il y a la cavité pleurale contenant un liquide séreux. La plèvre est très flexible; ainsi, les poumons peuvent se dilater et se contracter lors de l’inspiration et de l’expiration.

Bronchioles se terminent par des sacs alvéolaires Surface totale ~ terrain de tennis

Échange Gazeux C’est l’échange de l’oxygène (O2) et du dioxyde de carbone (CO2) dans les alvéoles. L’air contient un niveau d’O2 plus élevé dans l’air que l’on inspire que dans l’air que l’on expire (ou rejette). Le CO2 est en plus grande quantité dans le sang que dans l’air inspiré. Le CO2 du sang se rend aux alvéoles pulmonaires pour ensuite être expiré. L’O2 de l'air (alvéoles) entre dans le sang et se rend aux cellules corporelles par la circulation sanguine.

Échange Gazeux Lors de l'inspiration, nous absorbons : 20,94% d'oxygène; 0,04% de gaz carbonique; 79,02% d'azote; et autres gaz en faibles concentrations. Lors de l'expiration, nous rejetons : 16,49% d'oxygène; 4,49% de gaz carbonique;

CO2 O2

Animation Du système respiratoire à l’alvéole http://www.biologieenflash.net/sommaire.html

Connais-tu les parties du système respiratoire? Complétez le schéma suivant : http://biologienet.free.fr/ex.repira.htm

Animation Les poumons : un résumé de son fonctionnement http://video.vulgaris-medical.com/index.php/2008/03/21/52-les-poumons

Animation L’asthme http://www.doctissimo.fr/html/sante/mag_2002/sem01/mag0510/sa_4940_mecanisme_asthme.htm

La mécanique de la ventilation Inspiration entrée de l’air processus actif opéré par les muscles les muscles intercostaux remontent et le diaphragme s’abaisse pour augmenter le volume de la cage thoracique les poumons se dilatent et l’air y pénètre Expiration sortie de l’air relâchement des muscles la cage thoracique s’abaisse et le diaphragme se relâche et se soulève les poumons se contractent et l’air en sort

Les muscles impliqués dans la respiration

La mécanique associée à l’inspiration et l’expiration Inspiration active Expiration passive

Radiographies des poumons d’un humain au cours d’un cycle respiratoire

Contrôle nerveux Hausse de CO2 ou baisse de O2 dans le sang Centre de contrôle nerveux de la respiration dans le tronc cérébral (bulbe rachidien). Hausse de CO2 ou baisse de O2 dans le sang Augmentation de la fréquence respiratoire

Son fonctionnement L’activité physique intensifie la respiration cellulaire et la production de CO2 dans les cellules musculaires. Le CO2 entre alors dans la circulation sanguine. Après l’échange gazeux dans les alvéoles, le CO2 qui reste dans le sang parvient jusqu’au coeur, puis jusqu’au bulbe rachidien. De là, le bulbe rachidien envoie des influx nerveux au diaphragme et aux muscles intercostaux afin d’accélérer leurs mouvements.

L’hyperventilation L’hyperventilation est une fréquence ventilatoire et un volume courant qui permet d’augmenter le débit ventilatoire. En effet, l'hyperventilation réduit le taux de CO2 contenu dans notre corps et permet ainsi d'augmenter le temps pendant lequel nous pouvons retenir notre souffle sans trop de désagrément. La personne en hyperventilation élimine plus de gaz carbonique, le CO2, que son corps n'en produit. Une certaine quantité de CO2 doit être présente dans le sang. Lorsque le gaz carbonique diminue trop, lorsqu'il tombe sous le seuil critique, cela provoque la contraction des artères. Les artères étant plus petites, le sang circule alors plus difficilement et les cellules ne bénéficient pas d'une bonne perfusion. Donc l'hyperventilation ne produit pas trop d'oxygène (la saturation est généralement bonne) mais occasionne une diminution du taux de gaz carbonique présent dans le sang. Source : http://www.casm.info/_doc/syncope.pdf

La performance respiratoire Facteurs influençant la performance respiratoire Capacité pulmonaire Force des muscles L’énergie disponible Les médicaments État nutritionnel Situation métabolique

Capacité pulmonaire La capacité de nos poumons augmente jusqu’à la vie adulte et diminue à la vieillesse. Les hommes ont une plus grande capacité pulmonaire que les femmes (environ le double). La raison est simple : ils ont une plus grande taille.

Capacité pulmonaire Volume courant (VC) : le volume d’air inspiré et expiré lors d’une respiration normale. Volume de réserve inspiratoire (CVI) : le volume d’air qui peut être inspiré en plus du volume courant. (VRI + VC) Volume de réserve expiratoire (VRE) : le volume d’air qui peut être expiré en plus du volume courant. (VRE + VC) Capacité vitale (CV) : le volume total de gaz échangeable. (VC + VRI + VRE) Volume résiduel (VR) : la quantité de gaz qui demeure dans les poumons et les voies respiratoires après une expiration complète.

Volume d’air contenu dans les poumons (mL) Temps Ce diagramme, appelé « spirogramme », représente la quantité maximale d’air échangeable pendant une respiration, c’est-à-dire la capacité vitale

L’effet de l’altitude Chez l’homme les effets de l’altitude sont principalement dus à la diminution de la pression partielle en oxygène dans l’air inspiré, et à la baisse de température. En terme simple, on dit qu’il y a anoxie : basse concentration d’oxygène dans le sang.

L’effet de l’altitude Lorsque l’altitude augmente, la pression atmosphérique diminue, comme la pression de la cage thoracique peut devenir supérieure en tout temps à la pression externe, l’air ne peut plus être inhalé. Les gens vivant à hautes altitudes se sont adaptés de deux façons : plus grande cage thoracique plus grand nombre de globules rouges Au niveau de la mer, le taux d’hématocrite d’un humain est de 45%. À 5000m d'altitude, il peut atteindre 60%.

L’effet chez l’organisme Réponse à court terme (quelques jours) Hyperventilation : augmentation de la fréquence respiratoire Tachycardie : augmentation de la fréquence cardiaque Diurèse plasmatique : éliminer une partie du plasma sanguin. Le plasma est destiné à transporter les cellules sanguines. Réponses à long terme (à partir d’environ 3 semaines) Augmentation importante du nombre de globules rouges La Consommation maximale d’oxygène (également nommée VO2 max) baisse en fonction de l’altitude, ainsi, à 0m (au niveau de la mer), l’homme est à 100% de ces possibilités, alors qu’à 4 810m (sommet du Mt blanc) il ne peut en disposer que de 70% et seulement 20% à 8 848m (sommet de l'Everest).

Chez les athlètes L'effet « augmentation de la quantité de globules rouges » est particulièrement recherché par certains sportifs, c'est la raison majeure de l'organisation de stage en altitude, parfois à plus de 3 000m; toutefois cette polyglobulie peut entraîner, en certains cas un excès de globules rouges, la formation de caillots sanguins peut alors obstruer les veines et entraîner la mort.

Narcose à l’azote (ou ivresse des profondeurs) N.B. L'azote, à forte dose dans le sang, provoque des troubles nerveux appelés ivresse des profondeurs. Si le plongeur remonte à la surface trop rapidement, des bulles se forment aux articulations et parfois des dommages au cerveau. L'air délivré aux poumons par le détendeur a la même pression que celle de l'eau.

Intoxication par le CO Le monoxyde de carbone (CO) est produit lors de combustion incomplète Les globules rouges ont 200 fois plus d’affinité pour lui que pour l’oxygène. Une anoxie (manque d’oxygène au cerveau) de 5 minutes entraîne des dégâts permanents ou la mort. Le traitement consiste à administrer de l’oxygène pur, mais le rétablissement est lent, car le sang ne se débarasse que graduellement du CO.

Pourquoi le bébé pleure-t-il à sa naissance? Lorsque le bébé vient au monde, ses poumons ne se sont jamais rempli d'air auparavant. Ils sont complètement repliés sur eux-même, un peu comme un sac poubelle lorsqu'on vient de le détacher du rouleau. Lorsque le bébé prend la première inspiration de sa vie, ses poumons se déplient pour la première fois, et c'est très douloureux, ce pourquoi il arrive qu'il pleure. Il faut toutefois noter que pas tous les bébés ne pleurent à sa naissance.

La cigarette Paralyse temporairement les cils de la trachée et les empêche d’expulser les particules étrangères. Même les gens qui ne fument pas beaucoup ont tendance à tousser et à ronfler plus que les gens qui ne fument pas du tout. La concentration de monoxyde de carbone dans la fumée de cigarette est 1000 fois la concentration reconnue comme nocive. Ceci veut dire que les fumeurs souffrent constamment d’une légère intoxication par le monoxyde de carbone.

La cigarette 4 000 substances chimiques présentes dans la fumée de cigarette. Plus de 40 de ces substances sont cancérogènes chez l’être humain. Les personnes qui fument un paquet de cigarettes par jour absorbent plus de 250 ml de goudron par année. Cette substance recouvre les poumons d’une matière noirâtre et collante et constitue un facteur important du cancer du poumon.

La cigarette et le sport Le tabagisme nuit à la forme physique des jeunes, autant sur le plan des performances qu'au niveau de l'endurance même chez les fumeurs qui s'entraînent pour des compétitions d'athlétisme. Les jeunes adultes fumeurs ont un rythme cardiaque (au repos) de deux ou trois battements plus élevé que les non-fumeurs. Il peut constater une accélération du pouls au repos après avoir fumé 2 cigarettes.

L’autopsie d’un meurtrier Substances cancérogènes connues

Une comparaison intéressante… Poumons normaux Poumons d’un fumeur

Quiz À faire avec les élèves http://www.cegep-sept-iles.qc.ca/suzannebanville/bio401.html

Devoirs p. 259 (4) p. 267 (1, 2)

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