L appareil respiratoire

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1 L appareil respiratoire Avec l appareil respiratoire, l organisme est capable de respirer, c'est-à-dire d effectuer des échanges gazeux avec l environnement. Lors de la respiration externe, les poumons absorbent de l oxygène à partir de l air ambiant et rejettent du gaz carbonique. On désigne par respiration interne la combustion dans la cellule des nutriments permettant de produire de l énergie qui se déroule en utilisant de l oxygène. La respiration externe est donc une condition nécessaire à la respiration interne. I Anatomie de l appareil respiratoire. L air pénètre par les narines, entre dans la cavité nasale qui communique avec le pharynx, cavité située derrière le nez et la bouche. La dernière partie du pharynx constitue le carrefour des voies aériennes et digestives. A l arrière du pharynx prend naissance l œsophage et à l avant prend naissance le larynx, premier étage de l appareil respiratoire. C est grâce à l épiglotte (formation musculo-membraneuse) que la voie respiratoire et la voie digestive est ouverte. Le larynx est le premier organe exclusivement respiratoire. C est un espace cylindrique dont les parois sont constituées de cartilage et de muscles, recouverts d une muqueuse. Ces parois présentent des replis que sont les cordes vocales. Grâce à la contraction des muscles, les sons peuvent être émis. Après le larynx, les voies respiratoires se prolongent pour former l arbre respiratoire. La première partie est la trachée, conduit long de 12 cm, formé d anneau cartilagineux. Dans le thorax, la trachée se divise en deux bronches : la bronche gauche qui se dirige vers le poumon gauche et la bronche droite qui va vers le poumon droit. On peut remarquer la présence d une muqueuse, sur la face interne de l arbre respiratoire. Cette dernière est composée de cellules ciliées qui propulsent le mucus sécrété par certaines cellules. Ce mucus permet notamment d éliminer les substances irritantes et nocives pour l organisme. (Glaires et crachats). Ces bronches se divisent ensuite dans les poumons, ou des bronchioles qui se terminent en cul de sac, que sont les alvéoles pulmonaires. C est au niveau de ces alvéoles que vont avoir lieu les échanges gazeux. Ce sont des structures épithéliales fines qui sont parcoures par des capillaires sanguins, des vaisseaux lymphatiques et des terminaisons nerveuses. Les cellules de cet épithélium (pneumocytes) sont recouvertes de surfactant, qui est substance riche en lipoprotéines et phospholipides. L ensemble des alvéoles représentent une surface d échanges de 100m 2. Les poumons ont donc cette structure particulière. Le poumon droit est divisé en 3 lobes, alors que le poumon gauche est constitué de 2 lobes pour laisser de la place pour le cœur. Ils sont

2 localisés dans le thorax, qui est une cage osseuse et musculaire qui protège les poumons et qui participe aux mouvements respiratoires. Les poumons sont recouverts à l extérieur par une double membrane conjonctive qui la plèvre. Entre ces deux feuillets de la plèvre se trouve du liquide qui permet de réduire les frottements entre les poumons et la cage thoracique lors de mouvements respiratoires. II La ventilation pulmonaire. II 1 - Mécanisme ventilatoire. II 1 1 Principe. L accès de l air aux poumons se fait à travers l arbre respiratoire selon un gradient de pression entre les alvéoles pulmonaires et l extérieur. En fait, lorsque la pression dans les alvéoles descend en dessous de celle de l air, celui-ci remplit les alvéoles. Lorsque la pression dans les alvéoles augmente, l air ressort. Or la pression atmosphérique est constante pour un lieu donné. Le jeu de pressions doit être assuré par l organisme en variant la pression pulmonaire. Pour cela, les déformations de la cage thoraciques peuvent faire varier le volume des poumons. Par exemple, si le volume des poumons augmente, la pression dans les alvéoles diminue. Cela va donc entrainer un appel d air, et l air extérieur s engouffre dans les poumons. II 1 2 Mécanisme. Deux mécanismes permettent de varier les dimensions de la cage thoracique : - Le diaphragme est un muscle circulaire séparant la cage thoracique de la cavité abdominale. Lorsque le diaphragme est relâché, celui forme une sorte de coupole creusé. Quand il se contracte, cette coupole s aplatit. Cela a pour conséquence une augmentation du volume thoracique et par conséquent une diminution de la pression. - La cage thoracique est un ensemble élastique formée de cotes qui s insèrent au niveau des vertèbres à l arrière et à l avant, sur le sternum. Entre les cotes se trouvent des muscles intercostaux. La contraction de ces derniers provoque une augmentation du volume thoracique et donc une diminution de la pression. - Enfin, c est l élasticité de la cage thoracique et du diaphragme qui permet de revenir aux volumes de départ.

3 II 1 3 Le cycle respiratoire. La respiration pulmonaire (ou ventilation) est organisé en deux étapes : - L inspiration : c est un processus actif (contraction des muscles) permettant d augmenter le volume de la cage thoracique, de diminuer la pression intrathoracique et de provoquer un afflux d air dans les poumons. - L expiration : c est un processus passif qui consiste à laisser le thorax trouver sa configuration de repos, ce qui diminue le volume, augmentant la pression et qui provoque l expulsion de l air. Une inspiration suivit d une expiration forment un cycle respiratoire. La fréquence moyenne est de 14 cycles par minute. Elle augmente durant un effort et diminue au repos. II 2 Les volumes et les capacités respiratoires. L ensemble des volumes et des capacités sont mesurer à l aider d un spiromètre. Ces volumes sont de 20% à 25% moindres chez les femmes. - Une inspiration normale permet de faire entrer dans les poumons de 500ml. Une expiration normale en fait sortir autant. C est le volume courant. - Une inspiration forcé (volontaire) fait entrer en action les muscles inspiratoires accessoires et permet d introduire dans les poumons un volume supplémentaire de 3000ml. C est le volume respiratoire de réserve. - Une expiration forcée (volontaire) fait entrer en actions les muscles expiratoires accessoires et permet d expulser un volume supplémentaire d air de 1000 à 1100ml. Ce volume est le volume expiratoire de réserve. - Même à la fin d une expiration forcée, il reste dans les poumons un volume d air permettant de maintenir les alvéoles ouvertes. C est le volume résiduel de 1200ml. - Le volume courant et le volume inspiratoire de réserve constituent la capacité inspiratoire. Elle est de 3500ml. - Le volume expiratoire de réserve et le volume résiduel forment la capacité résiduelle qui reste après une expiration normale. Ce volume est de 2300ml. - La capacité vitale est le volume d air qu une personne normale peut véhiculer par une inspiration forcé suivie d une expiration forcée. Ce volume est de 4600ml. - Enfin la capacité pulmonaire totale est de 5800ml. L air pénétrant dans les poumons à chaque respiration se mélange à l air de la capacité résiduelle, si bien que la concentration en oxygène de l air arrivant au contact des alvéoles est toujours moindre que l air inspiré. Cet air inspiré n arrive pas intégralement dans les poumons, une partie reste dans les voies respiratoires (trachée, larynx, trachées et bronches), ce qui représente l espace mort.

4 III Diffusion et échanges gazeux. La diffusion des gaz dans le poumon s effectue selon le gradient de concentration. Ce gradient est la différence de pression partielle d un gaz (=concentration) entre deux milieu. Dans le cas des poumons, les deux milieux sont le sang et l air alvéolaire. Lors de l inspiration (et après le mélange des airs), la pression partielle de l oxygène est de 104mmHg et celle du CO 2 est de 40mmHg dans l air alvéolaire. Le sang affluant aux poumons par l artère pulmonaire est pauvre en oxygène (po 2 = 40mmHg) et riche en dioxyde de carbone (pco 2 = 45mmHg) L échange de gaz (hématose) se produit à travers la paroi alvéolaire et la paroi capillaire, selon le gradient de pression, depuis la pression la plus grande jusqu à la pression la plus faible. Ainsi l oxygène passe de l air(104) au sang(40) et le CO2 passe en sens inverse, du sang (45) à l air (40). IV Transport des gaz respiratoires. IV - 1 Transport de l oxygène. L oxygène est très peu soluble dans l eau. C est pourquoi, il est nécessaire d avoir un transporteur pour l oxygène dans le sang. C est l hémoglobine qui va remplir ce rôle. L hémoglobine comprend quatre hèmes au centre desquels se trouve un ion de fer (Fe2++). C est le fer, par ses électrons libres, qui est capable de fixer l oxygène par une liaison faible. Cette forme oxygéné de l hémoglobine est appelée oxyhémoglobine. L affinité de l hémoglobine pour l oxygène est proportionnelle à la concentration de ce dernier dans le milieu. Mais elle dépend également de la température et du ph ; lorsque la température diminue et que le ph augmente (alcalin), l affinité de l hémoglobine pour l oxygène augmente. IV 2 Transport de dioxyde de carbone. La solubilité du CO 2 dans l eau est plus importante que celle de l oxygène. La plus grande partie du CO 2 est transporté sous forme d ions bicarbonate. En fait le CO 2 entre dans les hématies au niveau tissulaire. Il est couplé à l eau pour former un produit soluble, l ion HCO 3 -. En même temps, l hémoglobine libère l oxygène et se transforme en désoxyhémoglobine (jeu des pressions partielles et effet bohr). Les ions bicarbonates passent ensuite dans le sang en échage d ions Cl-. Ils circulent ainsi dans le sang jusqu aux poumons. A ce niveau, l échange se fait dans le sang inverse. Les ions chlore quitte l hématie et les ions bicarbonates y rentrent. En même temps, les molécules d oxygène entrent dans les hématies, qui se lient à l hémoglobine, en libérant un proton (H+). Ce dernier se lie à l ion bicarbonate pour former de l acide

5 carbonique. Cette dernière molécule est instable et se dissocie rapidement en CO 2 et en H 2 O. Ainsi le CO 2 est évacué. Une partie de l eau formée se retrouve expulsée (vapeur d eau) et l autre reste au niveau des tissus. Enfin, le CO2 peut également être transporté par la molécule d hémoglobine. Cela forme la carbamine-hémoglobine. Cependant ce mode de transport est beaucoup moins important. IV 3 Régulation et contrôle de la respiration. La respiration est contrôlée par des centres respiratoires situés dans le tronc cérébral. Ces centres représentent une activité cyclique automatique involontaire, qui correspond à la cyclicité respiratoire. Ils sont stimulés par la diminution de la concentration d O 2 dans le sang artériel et par une augmentation du CO 2. Ces variations sont perçues par des récepteurs situés dans les centres respiratoires et sur le réseau artériel (crosse aortique). Ce sont les nerfs somatiques et végétatifs qui permettent ensuite de jouer sur les muscles respiratoires, qui sont les effecteurs. Les centres respiratoires peuvent être contrôlés par le cortex, mais cela est très limité. V Quelques exemples de pathologies respiratoires. V 1 La crise d asthme. Dans l asthme, on observe une diminution du diamètre des voies aériennes liée à une contraction de la musculature bronchique, un gonflement de la muqueuse bronchique et une surproduction de mucus. La conséquence en est des crises de dyspnées (difficultés respiratoires) répétées pendant lesquelles l expiration devient difficile. Les facteurs déclenchant sont des réactions allergiques, des infections, des efforts physiques V 2 Le cancer du poumon. Aussi appelé carcinome bronchique. Il se développe à partir de la muqueuse bronchique. La fumée de cigarette a dans cette tumeur un effet cancérigène important. La solution est d entreprendre un sevrage tabagique. La chimiothérapie et l ablation de la tumeur peuvent être dans moyens efficaces. V 3 - Pneumonie. C est une inflammation pulmonaire. Elle peut être causée par l infection du tissu pulmonaire par différents germes (bactéries, champignons ). L inflammation pulmonaire entraîne une condensation croissante des tissus et la stagnation d eau, ce qui entraine une altération des échanges gazeux au niveau des alvéoles.

6 V 4 La tuberculose. C est une infection par une bactérie appelée Mycobacterium tuberculosis dont la transmissions s effectuent par la salive. La tuberculose peut toucher tout les organes, mais les poumons sont une cible privilégiée. La maladie peut entrainer des lésions au niveau des tissus et toucher d autres organes. V 5 Intoxication au monoxyde ce carbone. Le monoxyde ce carbone est un gaz inodore qui peut se fixer à l hémoglobine avec une très grande affinité. Son affinité avec le fer hémique est même supérieur que celle avec l oxygène (250 fois sup). Cela forme de la carboxyhémoglobine qui empêche l oxygène de se fixer et d être délivrer aux tissus. Cela entraine une anoxie tissulaire. Ces intoxications au CO sont souvent d origine accidentelle (combustion incomplète de substances organiques comme le charbon, le gaz...). Les signes cliniques observés sont des vertiges, des maux de tête et des vomissements. Le traitement consiste à administrer de l oxygène qui permet d accélérer la dissociation du CO avec l hémoglobine (au moins 4 à 5h).