7. L appareil respiratoire

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1 7. L appareil respiratoire L organisme humain utilise du dioxygène (O 2 ) et produit du dioxyde de carbone (CO 2 ). L appareil respiratoire introduit, dans le corps, le dioxygène indispensable à la vie des cellules et rejette au dehors le dioxyde de carbone. L appareil respiratoire est le siège des échanges des gaz respiratoires (O 2 et CO 2 ) et la circulation sanguine sert d intermédiaire avec les tissus. L appareil respiratoire comprend les voies respiratoires et les poumons. A- Anatomie de l appareil respiratoire. Schéma 1 1. Anatomie des voies respiratoires. a) Les voies aériennes supérieures. les fosses nasales : elles s ouvrent au dehors par les narines et aboutissent dans le pharynx. Elles sont munies à l entrée de poils qui retiennent les grosses poussières. La paroi interne des fosses nasales comporte de nombreux replis, les cornets (voir le chapitre sur l odorat). Elle est tapissée d une muqueuse ciliée très vascularisée. Cette structure permet de réchauffer, d humidifier et de purifier l air inspiré (voir plus loin). le pharynx : carrefour des voies aériennes et digestives. La partie, en contact avec les fosses nasales, contient les amygdales ou végétations qui capturent les microorganismes de l air. Le larynx : il correspond à l organe de la voix. Il est formé d un cartilage complexe entre lequel se trouvent les cordes vocales. Le larynx permet le passage de l air vers la trachée. Un cartilage élastique, l épiglotte, ferme l entrée du larynx pendant la déglutition. La trachée : elle amène l air du larynx aux bronches. C est un conduit comportant 20 anneaux cartilagineux qui maintiennent la trachée béante mais permettent la dilatation de l œsophage lors du passage du bol alimentaire. b) Les voies aériennes inférieures. Les bronches : les bronches droite et gauche sont formées par la division de la trachée. Elles pénètrent dans les poumons et se ramifient en bronches secondaires de plus en plus petites. Les parois comportent des anneaux cartilagineux puis des fragments de cartilage et des fibres musculaires lisses au niveau des petites bronches appelées bronchioles. Les bronchioles : elles présentent un diamètre inférieur au millimètre, réglé par l état de contraction des fibres musculaires lisses de leur paroi. Ces bronchioles se terminent par des vésicules pulmonaires. Les vésicules pulmonaires : elles ressemblent à des petits sacs remplis d air. Ces vésicules sont formées d alvéoles. Leurs parois très fines (0,2 mm) jouent un rôle important dans les échanges gazeux respiratoires. À l intérieur des poumons, les vésicules sont compartimentées en lobules pulmonaires. Les lobules pulmonaires. Remarque : l ensemble bronches-bronchioles-lobules pulmonaires-alvéoles pulmonaires constitue l arbre bronchique. 1

2 c) Caractères communs des voies respiratoires. Les voies respiratoires, allant de la trachée aux bronchioles, présentent des caractères communs : - Elles sont recouvertes de cils vibratiles qui arrêtent et repoussent les poussières à l extérieur. - Elles possèdent des glandes sécrétrices de mucus qui humidifie l air, englobe les poussières et élimine les agents pathogènes. - Elles sont vascularisées et innervées : les vaisseaux sanguins sont nourriciers et les nerfs permettent la sensibilité olfactive (voir chapitre sur l olfaction). Les voies respiratoires amènent au poumon un air qui est conforme aux besoins de l organisme à savoir un air : PURIFIÉ ; HUMIDIFIÉ ; RÉCHAUFFÉ. 2. Les poumons. a) La structure des poumons. Les poumons, au nombre de deux, sont des organes mous, spongieux et élastiques d environ 1200 grammes. Le poumon gauche est plus petit que le poumon droit à cause de l inclinaison du cœur. Les poumons sont divisés en lobes : deux pour le gauche, trois pour le droit. Les deux poumons sont séparés par le médiastin. Chaque poumon est enveloppé d une séreuse appelée plèvre. Celle-ci est constituée de deux feuillets : - un feuillet viscéral adhérant au poumon ; - un feuillet pariétal tapissant la face interne de la cage thoracique. Entre les deux feuillets se trouve le liquide pleural permettant le glissement des deux plèvres. Le rôle de la plèvre est de rendre le poumon solidaire de la cage thoracique et de l amener à suivre ses variations de volume. La base des poumons repose sur le diaphragme. b) La vascularisation des poumons. Les poumons ont pour fonction de débarrasser le sang du dioxyde de carbone et de l oxygéner ; le sang riche en CO 2 pénètre dans les poumons par les artères pulmonaires, qui effectuent un trajet parallèle à celui des bronches. À l intérieur des lobules, elles se ramifient encore pour former un réseau de capillaires pulmonaires entourant les alvéoles pulmonaires. Le sang se débarrasse du CO 2 et se charge en O 2. Il rejoint alors les veines pulmonaires qui abouchent dans l oreillette gauche. 2

3 (image issue de B- Le fonctionnement de l appareil respiratoire : la mécanique ventilatoire. L air est renouvelé dans l arbre bronchique par le fait de la respiration. Un mouvement (ou cycle) respiratoire est constitué d une inspiration et d une expiration. La respiration est le plus souvent normale mais dans certaines conditions elle peut être forcée. 1. La respiration normale (=respiration calme) (12 à 18 cycles respiratoires par minute). Schéma 2 À l inspiration, les côtes et le sternum se soulèvent et le diaphragme s abaisse entraînant une augmentation du volume de la cage thoracique : c est un phénomène actif. Les poumons solidaires de la cage thoracique suivent le mouvement. La conséquence est une entrée d air (air courant) dans les poumons. À l expiration, les muscles de l inspiration se relâchent et les poumons reprennent leur volume initial en rejetant la même quantité d air inspirée : c est un phénomène passif. 2. La respiration forcée (cycles respiratoires très amples réalisés volontairement). À l inspiration, on observe une dilatation maximale de la cage thoracique due à la contraction maximale des muscles mis en jeu lors de l inspiration normale et la contraction de muscles supplémentaires permettant de relever la cage thoracique (muscles pectoraux, muscles du cou ). 3

4 La conséquence est une entrée d air supérieure à la normale appelée air complémentaire. À l expiration, on observe une contraction des muscles abdominaux et des muscles abaisseurs des côtes. La conséquence est une sortie d air supérieure à la normale appelée air de réserve. Remarque : les mouvements respiratoires «normaux» sont indépendants de notre volonté. Ils sont réglés par le système nerveux végétatif. Les centres nerveux qui contrôlent la respiration sont situés dans le bulbe rachidien. 3. Volumes et capacités respiratoires Tableau 1 C- Les échanges gazeux pulmonaires. (Voir schéma montrant les lieux des échanges gazeux respiratoires). Lors de la respiration, il y a : - absorption de dioxygène (O 2 ) ; - rejet de dioxyde de carbone (CO 2 ) et de vapeur d eau. 1. Rôle de l hémoglobine dans le transport des gaz respiratoires. L hémoglobine est une protéine contenant du fer. C est l hémoglobine qui fixe réversiblement le dioxygène ou le gaz carbonique. On a ainsi : Hémoglobine + O 2 = oxyhémoglobine. Hémoglobine + CO 2 = carbhémoglobine. 2. Lieux des échanges gazeux. a) Échanges gazeux au niveau des poumons. La zone d échange entre l air et le sang est peu épaisse (0,2 µm) et très perméable aux molécules de dioxygène et de dioxyde de carbone. Bien que les gaz soient à l état dissous dans le sang, les concentrations en gaz s expriment en pression de gaz. Les gaz diffusent de la zone où la pression est la plus élevée vers la zone où la pression est la plus faible. Tableau 2Ceci permet de dire que : -le dioxygène (O 2 ) diffuse de l air alvéolaire vers le sang des capillaires pulmonaires. Il se combine à l hémoglobine oxyhémoglobine. -le dioxyde de carbone fixé à l hémoglobine (carbhémoglobine) se détache de cette protéine et diffuse du sang des capillaires vers l air alvéolaire. On constate que les valeurs de pression mesurées dans le sang quittant les poumons sont identiques aux valeurs de pression de l air alvéolaire. Ceci confirme que les échanges gazeux ont eu lieu. Remarque : le processus d échanges de gaz respiratoires (O 2 et CO 2 ) au niveau des poumons est appelé hématose. 4

5 b) Échanges gazeux au niveau des cellules. Les échanges gazeux tissulaires ont lieu au niveau des capillaires des tissus. La surface d échange est importante. Tableau 3 Le dioxygène, combiné à l hémoglobine, se détache de l hémoglobine et diffuse du sang des capillaires vers les cellules. Le dioxyde de carbone diffuse des tissus vers le sang. Il se combine à l hémoglobine et forme la carbhémoglobine. Schémas 3 et 4 D- Hygiène, prévention, dysfonctionnement. 1. Une bonne qualité de l air. Certaines conditions de vie permettent le bon fonctionnement de l appareil respiratoire. Nous pouvons en citer quelques unes : - renouveler régulièrement l air de l habitation : l aération quotidienne permet de diminuer l humidité de l air ambiant et le développement des allergènes (acariens, moisissures) ; - s abstenir de fumer ou d inhaler la fumée de tabac : le tabac est la principale cause des bronchites chroniques et des cancers bronchiques ; - pratiquer une activité sportive : la pratique sportive développe les muscles respiratoires et donc la capacité vitale ; - ne pas dormir dans une pièce contenant des plantes vertes car celles-ci respirent la nuit (absorbent le dioxygène et rejettent le dioxyde de carbone). 2. Affections et maladies respiratoires. La dyspnée est la difficulté à respirer, liée le plus souvent à une obstruction plus ou moins importante des voies respiratoires. La toux est un phénomène réflexe propulsant les particules qui encombrent les voies aériennes vers l extérieur. L hémoptysie est une expectoration contenant du sang. a) Les infections respiratoires. rhinite ou rhume : inflammation de la muqueuse nasale provoquée par des virus, bactéries, pollens. ; elle se manifeste par une fièvre élevée. Certaines rhinites sont d origine allergique (rhume des foins). pharyngite : inflammation du pharynx, associée souvent à une rhinite, elle provoque des douleurs de la gorge, une déglutition difficile. 5

6 angine : inflammation des amygdales d origine bactérienne (streptocoque) ou virale. Elle provoque de la fièvre, des difficultés à avaler. bronchite : inflammation des bronches et des bronchioles d origine virale, aggravée par des infections répétées, la fumée de tabac et la pollution. Elle provoque de la fièvre, une toux persistante, des douleurs thoraciques. pneumopathie : infection d un lobe pulmonaire d origine virale ou bactérienne. Elle se manifeste par des frissons, une fièvre élevée, un point de côté thoracique, une toux purulente. tuberculose : infection très contagieuse des poumons causée par le bacille tuberculeux. La maladie provoque une toux avec expectoration, de la fièvre et une fatigue persistante. b) Les autres maladies respiratoires. L asthme : c est une affection pulmonaire chronique caractérisée par une dyspnée. Le diamètre des bronchioles est réduit due à la contraction des fibres musculaires de leur paroi. Ce phénomène s accompagne d une inflammation et d une accumulation de mucus. Les symptômes sont une respiration sifflante, une oppression thoracique, un essoufflement. Les causes sont les allergènes (acariens, pollens.) à l origine de l inflammation. Les stimuli tels que l air froid, la fumée, la poussière, les perturbations émotionnelles causent la contraction des muscles lisses de la paroi. Il existe aussi des prédispositions génétiques. La prévention s effectue par des mesures d hygiène quotidienne (aspiration, aération des locaux,..). Les traitements passent par l identification de l allergène, suivie d une désensibilisation. Un traitement anti-inflammatoire et l utilisation de bronchodilatateurs permettent de faire face aux crises d asthme. Les cancers de l appareil respiratoire : ils touchent différents organes de l appareil respiratoire. Le cancer de la gorge a souvent pour origine la fumée de tabac ; le cancer bronchique est appelé le cancer des fumeurs. 3. L asphyxie. L asphyxie ou détresse respiratoire est une insuffisance respiratoire aigüe. Elle conduit à un manque d oxygénation du sang et des tissus (hypoxie). Elle entraîne une dyspnée et la cyanose c'est-à-dire le bleuissement des extrémités du corps. Plusieurs causes : -obstruction des voies respiratoires par un morceau d aliment, par de l eau au cours d une noyade ; -crise d asthme grave ; 6

7 -inhalation d un air pauvre en dioxygène ; -inhalation du monoxyde de carbone (CO) : ce gaz incolore, inodore se fixe à l hémoglobine à la place du dioxygène de manière irréversible ; -maladie cardiaque, hémorragie, électrisation. Les conséquences : Les mouvements respiratoires et la circulation sanguine sont ralentis. La personne peut être pâle ou cyanosée. Après quelques minutes sans dioxygène, la victime devient inconsciente. 7