Système respiratoire !

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La respiration est l’une des rares fonctions vitales sur laquelle nous pouvons agir directement. Le sport, accompagné de quelques séances d’exercices respiratoires, nous permet de ré-apprivoiser notre souffle.

La respiration nous permet de prélever l’oxygène de l’atmosphère et d’éliminer le dioxyde de carbone (gaz carbonique) fabriqué lors de la production d’énergie. Pendant l’exercice, l’appareil respiratoire (voir figure) s’adapte afin d’être capable de fournir les quantités supplémentaires d’oxygène nécessaires aux muscles pour transformer glucose et acides gras en énergie. Il empêche également l’accumulation du dioxyde de carbone et l’acidification du sang et des organes.

La respiration désigne à la fois les échanges gazeux (rejet de dioxyde de carbone, CO2, appelé parfois de façon impropre « gaz carbonique », et absorption de dioxygène O2, ou appelé couramment « oxygène ») et la respiration cellulaire qui permet, en dégradant du glucose grâce au dioxygène, d’obtenir de l’énergie. Les échanges gazeux assistent la respiration cellulaire en lui fournissant le dioxygène et en le débarrassant du dioxyde de carbone produit lors du cycle de Krebs. Cependant, la respiration n’est pas cantonnée, au sens large, à un rejet de CO2 et/ou une absorption de O2. Dès l’instant où un organisme réalise des échanges gazeux, il respire. Par exemple, de nombreuses bactéries dites sulfatoréductrices réalisent un échange gazeux par l’assimilation d’ions sulfate et de rejet de sulfure d’hydrogène.

Physiologie humaine

Chez l’humain, la ventilation pulmonaire, ou respiration, est le renouvellement de l’air contenu dans les poumons par l’action des muscles respiratoires dont le principal est le diaphragme. En médecine et en biologie, le terme « respiration » désignant la production d’énergie par les cellules, la dénomination de ventilation pulmonaire est préférée pour éviter toute confusion. Elle comprend deux temps : l’entrée d’air dans les poumons lors de l’inspiration et la sortie d’air lors de l’expiration.

Chez un adulte, le cœur pompe au repos environ 4,5 L de sang par minute. Le sang contient environ 35 % d’hémoglobine en poids et la densité du sang est proche de 1. Le taux d’oxyhémoglobine est d’environ 95 %, et enfin 1 g d’hémoglobine est capable de transporter environ 1,36 mL d’oxygène, soit environ 1 mg (une mole d’oxygène fait 32 g et occupe environ 24 L).

Ainsi ces 4,5 L de sang pompés par minute contiennent 1,5 kg d’hémoglobine soit 1,45 kg d’oxyhémoglobine qui transporte 1,5 g d’oxygène : un adulte au repos consomme environ 1,5 g d’oxygène par minute.

 

Anatomie des poumons

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L’anatomie décrit les organes, la physiologie explique leur fonctionnement .

Le poumon est un organe essentiel à la vie, il fait partie du système respiratoire dont le but essentiel est de fournir l’oxygène aux cellules de tous les organes .

L’Oxygène est le « carburant » de l’organisme . Les organes consomment l’oxygène pour fonctionner et rejettent du gaz carbonique .

L’air inspiré (20% d’oxygène et 80% d’azote) est en contact avec le sang dans l’alvéole dont la paroi contient des vaisseaux particuliers (les capillaires) qui sont perméables aux gaz, ce qui permet les échanges d’oxygène de l’air inspiré vers le sang et dans l’autre sens du gaz carbonique vers l’air expiré ..

Le sang arrive au poumon par les veines pulmonaires, pauvre en oxygène et riche en gaz carbonique et repart par les artères pulmonaires, enrichi en oxygène et épuré de son gaz carbonique, l’oxygéne est transporté vers les organes par l’hémoglobine.

Au repos, un sujet sain a besoin de 10 à 15 cycles respiratoires par minute pour l’approvisionnement en oxygène et l’élimination du gaz carbonique.
Cette fréquence respiratoire est maintenue automatiquement par une régulation nerveuse complexe dépendant en particulier du taux d’oxygène et de gaz carbonique dans le sang.

A l’effort, la consommation d’oxygène augmente, le rythme cardiaque s’accélère la ventilation doit augmenter pour apporter plus d’oxygène aux muscles et éliminer plus de gaz carbonique (dêchet de l’activité musculaire). La fréquence respiratoire doit augmenter ainsi que l’amplitude des mouvements (inspiration et expiration plus profonde).

Pendant le sommeil au contraire, la consommation d’oxygène est réduite, la fréquence et l’amplitude des mouvements respiratoires diminuent (respiration plus calme).

La cage thoracique

Le gril thoracique est constitué de douze paires de côtes qui s’articulent avec les vertèbres de la colonne vertébrale et le sternum pour former la cage thoracique.

Les côtes sont des os plats, incurvés, s’articulant tous en arrière avec une vertèbre au niveau des facettes articulaires costales. Les sept premières paires de côtes s’articulent également en avant avec le sternum, contrairement aux cinq dernières paires. Les huitième, neuvième et dixième paires sont rattachées par le cartilage costal à la septième paire, les onzième et douzième paires ne sont pas rattachées du tout en avant.

Le gril costal protège le coeur, les poumons et d’autres organes internes importants. La disposition des côtes permet une expansion de la cage thoracique pendant la respiration. Un grand nombre de muscles et de ligaments s’insèrent sur les côtes, ce qui, grâce à la flexibilité de la cage costale, permet au thorax d’être à la fois flexible et solide.

L’arbre respiratoire

Les voies aériennes supérieures :

  • le nez
  • la bouche
  • l’arrière gorge ou oropharynx
  • le larynx qui s’ouvre sur la trachée

La trachée

Gros conduit constitué d’une vingtaine d’anneaux qui se divise en 2 bronches, les bronches principales ou « bronches souches ».

Les bronches

Chacune de ces bronches se subdivise en arrivant aux poumons (au niveau du hile) en bronches lobaires puis segmentaires. Par la suite, elles se divisent en bronches de plus en plus petites, jusqu’aux bronchioles.

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

Les alvéoles pulmonaires

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.

Les capillaires pulmonaires

Ceux sont des petits vaisseaux qui entourent l’alvéole. C’est à travers leurs parois que se font les échanges gazeux.

Les poumons

Ils sont constitués par les bronchioles, les alvéoles et les capillaires pulmonaires. Le poumon droit est constitué de trois lobes.

Le poumon gauche, de deux lobes. Sa face interne présente un emplacement où se loge le cœur,il est plus petit que le poumon droit (55/45)

La plèvre est une mince membrane à 2 feuillets, dont l’un tapisse la paroi intérieure du thorax et l’autre enveloppe les poumons. Entre les deux feuillets de la plèvre, une petite quantité de liquide permet aux poumons de glisser à l’intérieur de la cage thoracique.

Les muscles respiratoires

Le premier muscle respiratoire est le diaphragme qui sépare la cage thoracique de l’abdomen , il fonctionne comme un « piston » quand il se contracte il s’abaisse en augmentant le volume de la cage thoracique , la dépression crée permet la pénétration de l’air , c’est l’inspiration, quand il se relâche, il remonte, la cage thoracique diminue de volume, la pression augmente et l’air est expulsé, c’est l’expiration.

D’autres muscles « accessoires » interviennent: les muscles intercostaux, les muscles du cou, les muscles de l’abdomen, il prennent une grande importances dans certaines situations pathologiques, paralysie du diaphragme, emphysème etc…

Comment fonctionnent les poumons ?

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Contrairement à ce qu’on pourrait croire, ce ne sont pas les poumons qui soulèvent la cage thoracique en se gonflant mais c’est la cage thoracique qui permet aux poumons de se remplir d’air. Les poumons sont attachés à la cage thoracique par deux enveloppes : les plèvres.

Lors de l’inspiration, les muscles situés entre les côtes (muscles intercostaux) se soulèvent et la cage thoracique augmente de volume. Simultanément, le diaphragme (le muscle qui sépare les poumons de l’abdomen) s’abaisse, contribuant à augmenter un peu plus le volume de la cage thoracique. Les plèvres suivent le mouvement de la cage thoracique et du diaphragme et entraînent avec elles les parois des poumons. À l’intérieur de ceux-ci, un vide se produit qui aspire l’air.

À l’expiration, le phénomène inverse se produit : la cage thoracique s’abaisse, le diaphragme remonte et les poumons, élastiques, se rétractent et expulsent l’air.

Lorsque l’air pénètre dans le corps, il passe d’abord par le nez où les muqueuses humides retiennent jusqu’à 80 % des poussières et des bactéries inspirées. L’air y est également humidifié et réchauffé à 37 °C. Il atteint ensuite la trachée où les particules microscopiques restantes sont retenues. L’air parvient enfin aux bronches puis aux alvéoles pulmonaires. Ces petits sacs extensibles, entourés de capillaires sanguins, sont le lieu d’échange de l’oxygène et du dioxyde de carbone. Leur surface totale représente environ 100 m2.

Les poumons ne se vident pas complètement lors d’une expiration. L’air inspiré vient se mêler à celui qui n’a pas été expiré. Seule une petite partie de l’air contenu dans les alvéoles est renouvelée lors d’un cycle respiratoire. L’air qui entre dans les poumons contient 21 % d’oxygène et 0,03 % de dioxyde de carbone (gaz carbonique). Celui qui en sort ne contient plus que 16 % d’oxygène environ, mais 4 à 5 % de dioxyde de carbone.