SYSTÈME RESPIRATOIRE

INTRODUCTION  

L'appareil respiratoire a un rôle essentiel dans l'hématose :

il apporte l'oxygène au sang qui le distribue dans tout l'organisme et rejette le gaz carbonique.

il existe deux systèmes circulatoires sanguins

La grande circulation ou circulation générale où le sang oxygéné part du ventricule gauche du cœur par l'aorte et irrigue tous les tissus de l'organisme dont il revient, chargé de gaz carbonique, par la veine cave jusqu'à l'oreillette droite;

la petite circulation ou circulation pulmonaire où le sang chargé de gaz carbonique part du ventricule droit par l'artère pulmonaire, se libère du gaz carbonique et s'enrichit en oxygène dans le parenchyme pulmonaire, et retourne à l'oreillette gauche par la veine respiratoire.

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L'appareil respiratoire remplit deux autres fonctions essentielles :

il participe à la défense de l'organisme par la présence de follicules et de tissu lymphoïde diffus disséminés dans ses muqueuses => il appartient au Tissu Lymphoïde Associé aux Muqueuses ( MALT )

il contient des cellules endocrines sécrétant des amines et des polypeptides ayant une activité hormonale ou de neurotransmetteur (sérotonine, bombésine, calcitonine, enképhaline); il fait partie du Système Endocrinien Diffus (SED) au même titre que le tractus gastro-intestinal et le tractus génito-urinaire.

LE SYSTÈME RESPIRATOIRE

Le système respiratoire comprend :

le nez,

le pharynx (la gorge),

le larynx (boîte vocale),

la trachée,

les bronches

et les poumons

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Les voies respiratoires supérieures comprennent:

le nez,

le pharynx

et les structures associées à ces parties du corps.

Les voies respiratoires inférieures comprennent:

le larynx,

la trachée,

les bronches

et les poumons

Sur le plan fonctionnel, le système respiratoire se divise en deux grandes zones :

La Zone de conductrice consiste en un système de cavités et de tubes interreliés (nez, pharynx, larynx, trachée, bronches et bronchioles) qui conduisent l'air dans les poumons.

La Zone respiratoire est constituée des parties du système respiratoire où s'effectuent les échanges gazeux (bronchioles respiratoires, canaux alvéolaires et alvéoles).

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LES VOIES AÉRIENNES SUPÉRIEURS

les voies aérophores extra pulmonaires transportant l'air des narines au hile du poumon; ce sont successivement
  • les fosses nasales,
  • le nasopharynx,
  • le larynx,
  • la trachée et le début des deux bronches souches
  • les voies aérophores intrapulmonaires transportant l'air dans le parenchyme pulmonaire depuis les bronches souches jusqu'aux bronchioles terminales

L'appareil respiratoire comprend le parenchyme respiratoire, assurant l'hématose, débutant par les bronchioles respiratoires et s'achevant au niveau de millions d'alvéoles pulmonaires.

LE NEZ & LES FOSSES NASALES

ANATOMIE

Le nez comprend une partie externe et une partie interne à l'intérieur du crâne.

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La partie externe est faite d'une charpente d'os et de cartilage hyalin recouverte de muscle et de peau, et tapissée d'une muqueuse. 
L'arête est  formée par les os nasaux, qui la maintiennent en place.
En raison de sa charpente constituée de cartilage flexible, le reste de l'organe est également flexible. 
Sous la surface de la partie externe se trouvent deux ouvertures, les narines externes.  
La partie interne du nez est une grande cavité située dans le crâne, sous la boîte crânienne et au-dessus de la bouche.  
Elle communique antérieurement avec la partie externe du nez, et postérieurement avec le pharynx, par deux  ouvertures, les narines internes (choanes). 

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Les canaux lacrymo- nasaux et ceux des sinus paranasaux (frontal, sphénoïdal,  maxillaire et ethmoïdal) débouchent également dans la  partie interne du nez. 

Les parois latérales sont formées par :
  • l'ethmoïde (qui forme également le  toit),
  • les maxillaires,
  • les lacrymaux,
  • les palatins
  • et les cornets inférieurs du nez. 
L'ethmoïde forme également le toit.
Le plancher est constitué des os palatins et des apophyses palatines des maxillaires qui, ensemble, forment la voûte palatine (palais dur). 
L'intérieur des parties externe et interne du nez est  constitué des deux cavités nasales (fosses nasales) qui sont séparées l'une de l'autre par une partition verticale, la cloison nasale.
La portion antérieure de la cloison est faite  principalement de cartilage (souplesse).

Au nombre de deux, séparées par la cloison nasale et situées au niveau de la face, elles constituent l’orifice supérieur de l’appareil respiratoire.

Elles commencent au niveau de l’orifice narinaire, se poursuivent par le vestibule (situé sous les ailes du nez) puis par les fosses nasales proprement dites, pour se terminer au niveau des choanes.

Classiquement, on leur associe les sinus qui sont des cavités pneumatiques creusées dans les os de la face :

  • S.Maxillaires, creusés dans le corps du maxillaire se projetant de part et d’autre des ailes du nez
  • Cellules ethmoïdales (ou labyrinthe), dans l’épaisseur des masses latérales de l’ethmoïde
  • S.Frontaux, dans l’écaille du frontal, au dessus des arcades
  • S.Sphénoïdaux, dans le corps du sphénoïde

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Ces sinus s’abouchent dans les fosses nasales au niveau des méats, situés sous des replis des parois latérales appelés cornets.

Le reste est formé par:

le vomer,

la lame perpendiculaire de l'ethmoïde,

les maxillaires

et les os palatins .

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La portion antérieure des cavités nasales, tout juste à l'intérieur des narines, est le vestibule ; il est entouré de cartilage.

La portion supérieure des cavités nasales est entourée d'os.

Les structures internes du nez ont 3 fonctions spécialisées :

  • elles réchauffent, humidifient et filtrent l'air qui pénètre dans le nez ;
  • elles reçoivent les stimuli olfactifs ;
  • elles procurent des caisses de résonance grandes et creuses qui modifient le timbre de la voix.

Lorsque l'air pénètre dans les narines, il traverse d'abord le vestibule.

Ce vestibule est tapissé de peau contenant des poils grossiers qui filtrent les grosses particules de poussière.

L'air passe ensuite dans la région supérieure des cavités nasales.

Trois étages, formés par les prolongements des cornets supérieur, moyen et inférieur, font saillie à partir de la paroi latérale des cavités nasales.

Les cornets, qui atteignent presque la cloison nasale, divisent les cavités nasales en une série de sillons, les méats supérieur, moyen et inférieur.

Une membrane muqueuse tapisse les cavités nasales et les étages formés par les cornets.

Les récepteurs olfactifs se trouvent dans I' épithélium olfactif, au niveau de cette partie de la muqueuse olfactive qui tapisse les cornets supérieurs et la cloison adjacente.

Au-dessous de cette région, la muqueuse contient des capillaires et des cellules cylindriques ciliées pseudostratifiées et de nombreuses cellules caliciformes.

En circulant autour des cornets et des méats, l'air est réchauffé par le sang des capillaires.

Le mucus sécrété par les cellules caliciformes humidifie l'air et retient les particules de poussière.

Le liquide drainé par les canaux lacrymo-nasaux et, peut-être, les sécrétions en provenance des sinus para nasaux aident également à humidifier l'air.

Les cils déplacent les amas de mucus et de poussière vers le pharynx, afin qu'ils soient éliminés des voies respiratoires par la déglutition ou l'expectoration (crachement).

2.   Le Pharynx

La portion moyenne du pharynx, l'oropharynx, se trouve derrière la cavité buccale ; elle s'étend du palais mou jusqu'au niveau de l'os hyoïde.

L'oropharynx ne contient qu'une ouverture, le gosier, l'ouverture de la bouche.

Il est tapissé d'un épithélium pavimenteux.

Cette partie joue un rôle dans la respiration et dans la digestion, puisqu'elle sert de passage à l'air, aux aliments et aux boissons. 

Il mesure 13 cm de long environ, et s'étend des narines internes (choanes) jusqu'au niveau du cartilage cricoïde.

Sa paroi est composée de muscles squelettiques et est délimitée par une muqueuse.

Le pharynx sert de conduit permettant le passage de l'air et de la nourriture, et constitue une caisse de résonance pour la phonation.

La partie la plus élevée du pharynx, le nasopharynx, se trouve derrière la partie interne du nez et elle s'étend jusqu'au niveau du voile du palais (palais mou).

Sa paroi comprend quatre ouvertures : deux narines internes (choanes) et deux ouvertures menant aux trompes d'Eustache.

Le nasopharynx échange également de petites quantités d'air avec les trompes d'Eustache, de façon à équilibrer la pression de l'air entre l'oreille, le nez et la gorge.

le pharynx comprend de nombreuses formations lymphoïdes dessinant l'anneau de Waldeyer.

  • Avec l'amygdale linguale située à la base postérieure de la langue.
  • Les amygdales pharyngées dans la partie supérieure du nasopharynx (arrière fond des fosses nasales).
  • Les amygdales palatines (les plus volumineuses et les plus importantes) de part et d'autre de la luette.
  • Les amygdales tubaires autour des orifices de la trompe d'Eustache.
Les amygdales jouent un rôle de barrière de protection (parfois insuffisante) des voies aériennes sous-jacentes.
Par l'intermédiaire des narines internes, le nasopharynx reçoit l'air des cavités nasales ainsi que les amas de mucus et de poussière.

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Il est tapissé d'un épithélium cylindrique pseudostratifié cilié; les cils déplacent le mucus en direction de la partie la plus inférieure du pharynx.

La portion moyenne du pharynx, l'oropharynx, se trouve derrière la cavité buccale ; elle s'étend du palais mou jusqu'au niveau de l'os hyoïde.

L'oropharynx ne contient qu'une ouverture, le gosier, l'ouverture de la bouche.

Il est tapissé d'un épithélium pavimenteux.

Cette partie joue un rôle dans la respiration et dans la digestion, puisqu'elle sert de passage à l'air, aux aliments et aux boissons.

 

La région inférieure du pharynx, le laryngopharynx, s'étend vers le bas à partir de l'os hyoïde et se continue avec l'œsophage (conduit servant au passage des aliments),vers l'arrière, et avec le larynx, vers l'avant.

Tout comme . l'oropharynx, le laryngopharynx constitue une voie respiratoire et digestive, et il est tapissé d'un épithélium pavimenteux stratifié.

 

3- Le Larynx

Le larynx situé en avant de l‘ œsophage contient l'épiglotte, sorte de valve empêchant la pénétration des aliments dans la trachée.

Le larynx possède un squelette cartilagineux complexe et est tapissé par une muqueuse respiratoire, sauf au niveau des cordes vocales inférieures ou cordes vocales vraies.

Ces dernières comportent un:

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  • épithélium épidermoïde,
  • des fibres élastiques
  • et des fibres musculaires striées (le muscle vocal) et constituent l'organe de la phonation.

Le larynx est un court passage reliant le pharynx à la trachée.

Il est situé dans la partie médiane du cou, en avant des quatrième, cinquième et sixième vertèbres cervicales (C4-C6).

La paroi du larynx est soutenue par neuf pièces de cartilage, trois paires et trois impaires.

Les trois pièces impaires sont:

  • le cartilage thyroïde,
  • l'épiglotte
  • et le cartilage cricoïde.

Parmi les cartilages pairs,

  • les cartilages aryténoïdes sont les plus importants, étant donné qu'ils influencent la position et la tension des cordes vocales.
  • Les cartilages corniculés et cunéiformes jouent un rôle moins important.

 

L'épiglotte (epi: au-dessus; glotta: langue):

C'est une grosse pièce de cartilage élastique en forme de feuille.

La «tige» de l'épiglotte est attachée au bord antérieur du cartilage thyroïde, mais la « feuille » elle-même n'est pas attachée ; elle peut donc se déplacer de haut en bas, comme une trappe.

Durant la déglutition, le larynx se soulève ; la partie libre de l'épiglotte se rabat alors sur la glotte et la ferme. La glotte est formée d'une paire de replis muqueux, les plis vocaux ou vraies cordes vocales et d'un espace (fente de la glotte) situé entre les cordes vocales.

De cette façon, le larynx peut se refermer, et les liquides et solides (aliments) sont dirigés dans l'œsophage et ne peuvent pénétrer dans le larynx et dans les voies respiratoires situées au-dessous de celui-ci.

Lorsqu'un corps étranger pénètre dans le larynx, un réflexe de toux se manifeste afin de l'expulser.

 

La phonation

La membrane muqueuse du larynx comprend deux paires de replis :

  • une paire supérieure, les plis vestibulaires (fausses cordes vocales),
  • et une paire inférieure, les plis vocaux (vraies cordes vocales).

L'espace entre les plis vestibulaires est la fente vestibulaire.

Le ventricule laryngé est un prolongement latéral de la partie médiane de la cavité laryngienne situé entre les plis vestibulaires, au-dessus, et les plis vocaux, au-dessous.

Lorsque les plis vestibulaires sont réunis, ils permettent de retenir la respiration contre la pression qui se trouve dans la cavité thoracique (comme lorsque l'on fait un effort pour soulever un objet lourd).

La membrane muqueuse des cordes vocales est tapissée d'un épithélium pavimenteux stratifié non kératinisé.

Sous la membrane se trouvent des bandes de ligaments élastiques étirées entre des pièces de cartilage rigide, comme les cordes d'une guitare.

Les muscles squelettiques du larynx, appelés muscles intrinsèques, sont attachés aux pièces de cartilage rigides et aux cordes vocales elles-mêmes.

Lorsque les muscles se contractent, ils exercent une traction sur les ligaments élastiques et étirent les cordes vocales dans les voies respiratoires ; la glotte se trouve donc rétrécie.

Lorsque l'air est dirigé vers les vraies cordes vocales, celles-ci vibrent et produisent des ondes sonores dans la colonne d'air du pharynx, du nez et de la bouche.

Plus la pression de l'air est forte, plus le son est intense.

 

LES VOIES AEROPHORES INTRAPULMONAIRES

La Trachée

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C’est un conduit tubulaire rigide de 10 à 12 cm de long sur 2 cm de diamètre qui chemine à la face antérieure du cou avant de s'enfoncer dans la partie supérieure du médiastin où elle se divise en deux branches, les bronches souches.

La paroi trachéale est formée de trois couches, une muqueuse, une tunique fibrocartilagineuse et une adventice :

 

la muqueuse:

De type respiratoire, comporte

  • un épithélium pseudostratifié avec des cellules ciliées,
  • des cellules caliciformes sécrétant du mucus,
  • des cellules basales de remplacement
  • et des cellules endocrines (mises en évidence par des techniques d'immunocytochimie);

Le chorion est:

conjonctivo-élastique, riche en glandes mixtes à prédominance muqueuse (plus nombreuses dans la région postérieure) et en tissu lymphoïde diffus ou nodulaire; la vascularisation y est abondante

la tunique fibrocartilagineuse:

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Est caractérisée par la présence de 15 à 20 anneaux incomplets en fer à cheval, les arceaux cartilagineux*, dont les extrémités postérieures sont reliées par des faisceaux de fibres musculaires lisses formant le muscle trachéal entouré de tissu conjonctif dense riche en fibres élastiques;

entre les arceaux cartilagineux, la tunique moyenne est faite de tissu conjonctif fibro-élastique

 

l'adventice:

Est classique, conjonctivo-adipeuse, riche en vaisseaux et en nerfs

Les fibres nerveuses traversent toute la paroi;

Elles proviennent essentiellement du système nerveux végétatif : les fibres parasympathiques (pneumogastrique = nerf vague) stimulent la sécrétion glandulaire et la contraction musculaire, à l'inverse des fibres sympathiques qui provoquent le relâchement musculaire

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La muqueuse trachéale réchauffe (rôle des vaisseaux sanguins), humidifie (sécrétion aqueuse des glandes séreuses) et épure l'air inspiré des poussières, bactéries et virus;

La Trachée cette épuration met en jeu trois mécanismes :

  • le 1er est la capture et le rejet des particules piégées par le film mucociliaire recouvrant l'épithélium et fonctionnant comme un tapis roulant, à la vitesse de 1cm/minute, en direction du pharynx où elles sont expectorées ou le plus souvent avalées (dans les conditions normales);
  • le 2éme mécanisme est la production de lysozyme (enzyme bactéricide) par les cellules séreuses des glandes mixtes du chorion;
  • le 3ème mécanisme de défense est la sécrétion d'anticorps, spécialement des IgA par les lymphocytes B et les plasmocytes des structures lymphoïdes contenues dans le chorion, en quantité plus ou moins grande selon la qualité de l'air inspiré.

 

Les poumons

Ils sont contenus dans la cage thoracique limitée sur sa face inférieure par le diaphragme; ils peuvent être comparés à deux sacs spongieux mobiles appendus et fixés au niveau du hile pulmonaire*(* le hile pulmonaire est le point d'arrivée de la bronche souche, de l'artère pulmonaire et d'autres vaisseaux; il est formé de tissu conjonctivo-élastique assurant avec la plèvre et les formations conjonctivo-élastiques intrapulmonaires un système de tension permettant les variations de volume du poumon adaptées aux mouvements respiratoires).

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Entourés par la plèvre, ils sont constitués de: 3 lobes pour le poumon droit : lobe supérieur, lobe moyen, lobe inférieur, 2 lobes pour le poumon gauche : lobe supérieur et lobe inférieur; ces lobes sont délimités par des cloisons conjonctivo-élastiques, expansions internes de la plèvre viscérale.

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La plèvre

Deux feuillets de membrane séreuse, collectivement appelés membrane pleurale, entourent et protègent chacun des poumons .

Le feuillet externe, appelé plèvre pariétale, est attaché à la paroi de la cavité thoracique.

Le feuillet interne, la plèvre viscérale, recouvre les poumons eux-mêmes.

Entre les plèvres viscérale et pariétale, un petit espace virtuel, la cavité pleurale, contient un liquide lubrifiant sécrété par les plèvres. Ce liquide empêche la friction entre les plèvres et permet à ces dernières de glisser l'une sur l'autre au cours de la respiration.

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ORGANISATION MORPHOLOGIQUES

les lobes définis précédemment

les segments pulmonaires délimités par des plans fibreux (véritables plans de clivage permettant l'ablation de segments pathologiques):

le poumon droit en contient 10 avec:

  • 3 segments dans le lobe supérieur,
  • 2 dans le lobe moyen
  • et 5 dans le lobe inférieur;

le poumon gauche en comporte 9 avec :

  • 5 segments dans le lobe supérieur
  • et 4 dans le lobe inférieur

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les lobules:

individualisés par de fines cloisons conjonctivo-élastiques ou septa lobulaires;

ils sont en forme de pyramides tronquées de 2 à 2,5 cm;

la lobulation est plus nette chez le fœtus que chez l'adulte.

les acinus:

sont des unités morphofonctionnelles qui seront étudiées avec le parenchyme respiratoire

Structure histologique

Les poumons comportent deux types d'éléments :

  • les voies aérophores intra-pulmonaires
  • le parenchyme respiratoire

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* l'artère pulmonaire est caractérisée par une paroi mince essentiellement conjonctivo-élastique, avec des fibres musculaires peu nombreuses : sa structure, très comparable à celle d'une veine, explique en partie la faible pression sanguine artérielle intrapulmonaire; l'artère pulmonaire bifurque en autant de branches que la bronche qu'elle accompagne : on emploie le terme d'artère satellite ou d'artère homologue.

Les voies aérophores intra pulmonaires constituent l'arbre bronchique dont le "tronc" est la bronche souche (1,5cm de diamètre) et les "branches" sont de multiples ramifications (25 à 30) de plus en plus étroites de diamètre avec, comme derniers "rameaux", les bronchioles terminales (0,5mm de diamètre);

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la branche souche droite et gauche, qui pénètrent dans chaque poumon au niveau du hile;

des bronches souches naissent immédiatement les bronches lobaires ou bronches secondaires se rendant dans chaque lobe du poumon (de la bronche souche droite 3 bronches lobaires et de la bronche souche gauche seulement 2); 

la bronche lobaire se ramifie ensuite en un certain nombre de bronches segmentaires ou tertiaires;

les bronches tertiaires donnent naissance à des bronches de moins en moins grosses jusqu'aux bronches sus-lobulaires;

là se termine l'arbre bronchique au sens strict; dès sa pénétration dans le lobule, la bronche sus-lobulaire perd sa charpente cartilagineuse et devient la bronchiole intralobulaire

Deux lobules pulmonaires avec les ramifications de la bronchiole intralobulaire aboutissant aux bronchioles terminales qui, comme leur nom l'indique, marquent la fin des voies aérophores;

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parallèlement l'artériole intralobulaire se divise (elle donnera naissance au réseau de capillaires pulmonaires); issues du réseau capillaire, les veinules se forment dans les cloisons interlobulaires.

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les bronches

les bronches souches extrapulmonaires sont identiques à la trachée, composées d'arceaux cartilagineux incomplets reliés par un muscle lisse postérieur

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les bronches souches intrapulmonaires en diffèrent par la présence de plaques cartilagineuses irrégulières et d'un muscle spiralé circonférentiel

les bronches ont une structure de base identique:

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  • la lumière est étoilée
  • la muqueuse est composée d'un épithélium de type trachéal mais d'un chorion dépourvu de glandes très riche en fibres et lames élastiques responsables des plis de la muqueuse; le chorion bien vascularisé comporte en outre du tissu lymphoïde diffus ou organisé en petits follicules; ces éléments sont d'autant plus nombreux que l'individu est exposé à un milieu aérien empoussiéré ou victime d'une infection bactérienne ou virale
  • la musculeuse, couche circulaire discontinue, est formée de fibres musculaires lisses disposées en spirale, le muscle de Reissessen, permettant le raccourcissement et la contraction des bronches pendant l'expiration et leur relâchement pendant l'inspiration
  • la sous-muqueuse contient des glandes tubulo-acineuses mixtes (séromuqueuses) s'ouvrant dans la lumière bronchique par de fins canaux excréteurs
  • la charpente cartilagineuse est faite d'un empilement de plaques irrégulières circonférentielles de cartilage hyalin reliées entre elles par un tissu conjonctivo-élastique qui contient parfois des glandes à prédominance séreuse
  • la péribronche ou gaine péribronchovasculaire, fusion des adventices de la bronche et de l'artère pulmonaire homologue, renferme les artère et veine bronchiques*, des vaisseaux lymphatiques, des plexus nerveux et fibres amyéliniques d'origine sympathique et vagale; on y retrouve comme ailleurs des formations lymphoïdes.

* les artères bronchiques issues de l'aorte thoracique transportent du sang oxygéné et riche en nutriments aux poumons; les artères bronchiques irriguent les bronches et les cloisons conjonctives extralobulaires; elles ne pénètrent pas dans les lobules; les veines bronchiques n'existent qu'au niveau des grosses bronches, elles aboutissent à la veine cave; il existe donc deux types de circulation sanguine dans les poumons, la circulation fonctionnelle (artères et veines pulmonaires) qui assure l'hématose et la circulation systémique (artères et veines bronchiques) qui remplit son rôle trophique

  • Au fur et à mesure de leurs ramifications, les bronches ont une lumière : de plus en plus festonnée (plis plus nombreux et plus marqués); l'épithélium devient moins haut et s'appauvrit en cellules caliciformes, le chorion s'amincit, la charpente cartilagineuse se réduit à quelques plages; le muscle spiralé de Reissessen* forme une couche circulaire à peine ouverte pour laisser passer les quelques canaux excréteurs, la sous-muqueuse contient encore quelques glandes et se confond avec l'adventice puis avec le parenchyme pulmonaire avoisinant

* cette couche devient proportionnellement de plus en plus épaisse par rapport aux autres couches de la paroi quand on se rapproche des ramifications distales de l'arbre bronchique

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les bronchioles

par définition, les bronchioles sont les bronches qui ont pénétré dans les lobules; elles diffèrent des petites bronches par :

  • l'épithélium cylindrique simple dépourvu de cellules caliciformes, les cellules ciliées moins hautes et peu nombreuses; on voit apparaître un nouveau type cellulaire, les cellules de Clara ou cellules en dôme avec un pôle apical faisant saillie dans la lumière bronchiolaire caractérisé par la présence de quelques microvillosités irrégulières et de grains de sécrétion*
  • le chorion très mince réduit à une fine lame élastique
  • le muscle de Reissessen spiralé formant une couche circulaire fermée**
  • la disparition du cartilage
  • la sous-muqueuse sans glandes se confondant avec l'adventice et le parenchyme pulmonaire.

** cette couche devient proportionnellement de plus en plus épaisse par rapport aux autres couches de la paroi quand on se rapproche des ramifications distales de l'arbre bronchique

les bronchioles terminales (0,5mm de diamètre) sont les derniers conduits aérophores;

elles ont une lumière arrondie,

un épithélium cubique comportant de rares cellules ciliées éparpillées entre les cellules de Clara;

elles donnent naissance aux bronchioles respiratoires qui représentent les premiers éléments du parenchyme respiratoire

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l'instabilité du muscle lisse des parois bronchiolaires provoque un spasme (contraction continue) obstruant les bronchioles; elle est responsable de l'asthme caractérisé par des épisodes de bronchoconstriction paroxystique; cliniquement la respiration est difficile (sensation d'étouffement), sifflante et accompagnée de toux; les facteurs étiologiques et déclenchants de l'asthme sont les réactions allergiques, les infections virales ou bactériennes, les changements brusques de température

Le parenchyme respiratoire

l'acinus pulmonaire

est l'unité morphofonctionnelle du parenchyme respiratoire;

il est centré sur une bronchiole respiratoire qui se divise en quelques canaux alvéolaires;

chaque canal alvéolaire se poursuit par 2 ou 3 sacs alvéolaires dans lesquels s'ouvrent de multiples alvéoles;

la bronchiole respiratoire gère le fonctionnement de l'acinus pulmonaire qui est invalidé quand la lumière bronchiolaire est obstruée

les bronchioles respiratoires

sont des segments courts qui ont la même structure histologique que les bronchioles terminales;

elles en diffèrent par la présence d'alvéoles pulmonaires s'ouvrant directement dans leur paroi,

ce qui fait qu'en plus de la conduction de l'air, elles sont impliquées dans les échanges gazeux qui s'effectuent au niveau des alvéoles

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les canaux alvéolaires,

  • larges et sinueux, n'ont pas de paroi propre : ils sont définis par les orifices des alvéoles et par les bourrelets alvéolaires; les bourrelets alvéolaires sont des épaississements annulaires comportant
    • un épithélium cubique (cellules de Clara),
    • des fibres élastiques
    • des fibres musculaires lisses circulaires dans un interstitium conjonctif;
  • le bourrelet alvéolaire est une sorte de sphincter dont la contraction ferme le territoire alvéolaire situé en aval

les sacs alvéolaires

  • sont la confluence de plusieurs alvéoles dont ils ont la structure

les alvéoles pulmonaires,

chez l'Homme, sont de l'ordre de 300 millions;

leur surface est de 100 m² dont 60 à 80 sont le siège d'échanges gazeux entre l'air et le sang;

les alvéoles sont l'aboutissement des voies aériennes; ce sont des cavités plus ou moins polygonales de 0,1 à 0,3 mm de diamètre (diamètre variable au cours du cycle respiratoire);

ils s'ouvrent essentiellement dans les sacs alvéolaires, mais aussi dans les canaux alvéolaires et dans les bronchioles respiratoires;

la paroi commune à deux alvéoles est la cloison interalvéolaire

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la cloison interalvéolaire ou septum interalvéolaire comprend 3 constituants:

l'épithélium de surface forme un revêtement continu* constitué de deux types de cellules réunies entre elles par des jonctions serrées (zonula occludens);

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* le revêtement épithélial est continu sauf au niveau des pores de Kohn (de 8 nanomètres de diamètre) qui interrompent la cloison interalvéolaire dans sa totalité; leur existence permet la régularisation de la pression entre les alvéoles et un certain passage d'air entre des territoires voisins en cas d'obstruction bronchiolaire

Pneumocytes de type I:

(les pneumocytes membraneux ) sont de grandes cellules aplaties, de 0,2 à 0,5 micromètres d'épaisseur;

elles représentent 40 % de la population cellulaire mais recouvrent 90 % de la surface alvéolaire;

leur cytoplasme très étendu forme un voile très fin et leur noyau ovalaire foncé, allongé parallèlement à la membrane basale est rarement visible sur les coupes (rapport nucléo-cytoplasmique très faible) et il se confond volontiers avec le noyau des cellules endothéliales des capillaires**;

 

** seule la situation interne du noyau par rapport à la cloison interalvéolaire signe son origine épithéliale

 

Pneumocytes de type II:

(les pneumocytes granuleux)sont des cellules plus hautes, en forme de pyramide tronquée; elles sont les autres 60 %de la population mais recouvrent seulement 5 à 10 % de la surface alvéolaire;

ils sont situés le plus souvent aux bifurcations des septa interalvéolaires; les pneumocytes II ont un noyau central arrondi clair et un cytoplasme riche en grains de sécrétion; l'étude ultrastructurale montre de nombreuses microvillosités apicales, un appareil de Golgi et un réticulum endoplasmique développés et la présence de nombreux corps osmiophiles lamellaires composés de phospholipides et de protéines à l'origine du surfactant;;

le surfactant* s'étale en un film tensio-actif, de 0,2 micromètres d'épaisseur, réduisant la tension superficielle, empêchant donc le collapsus des alvéoles lors de l'expiration; les pneumocytes de type II peuvent se dédifférencier et se multiplier pour donner naissance à des pneumocytes de type I en cas de lésion parenchymateuse d'origine inflammatoire ou infectieuse

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l'interstitium septal est une fine couche conjonctive de soutien sous-épithéliale; elle est formée de quelques fibroblastes plus ou moins étoilés et de fibres de réticuline et d'élastine*

* les fibres élastiques sont un composant important de la paroi alvéolaire; l'élastine possède des propriétés remarquables d'extension et de contraction indispensables :

  • aux changements de volume des poumons lors du cycle respiratoire
  • à la rétraction des alvéoles permettant l'expulsion des gaz lors de l'expiration
  • à la tension intrapulmonaire, rattachant les parties molles (bronchioles, canaux et sacs alvéolaires, alvéoles) d'une part aux bronches "rigidifiées" par leur squelette cartilagineux, d'autre part à la plèvre viscérale très élastique

les capillaires, de 7 à 10 micromètres de diamètre, sont de type continu, doublés de rares péricytes à l'extérieur de leur membrane basale; ils entourent les alvéoles à la manière de corbeilles et pénètrent dans les cloisons interalvéolaires

les cellules à poussière du parenchyme respiratoire sont des macrophages situés dans la cloison interalvéolaire ou dans la lumière de l'alvéole; ils sont issus des monocytes sanguins circulants; les macrophages complètent l'action d'épuration de l'air inpiré: (carbone ou bactéries)

les macrophages séjournent un temps variable dans le parenchyme respiratoire (certains y demeurent) puis ils sont soit véhiculés dans les vaisseaux lymphatiques jusqu'aux ganglions hilaires, soit entrainés par les gaz alvéolaires dans les bronchioles, les bronches et la trachée : englués dans le tapis muqueux, ils sont alors avalés ou expectorés au niveau du pharynx; d'autres cellules "inflammatoires" (polynucléaires, lymphocytes, plasmocytes, mastocytes) s'observent aussi dans le tissu conjonctif interalvéolaire; leur afflux dépend de l'état inflammatoire ou infectieux des poumons

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les macrophages séjournent un temps variable dans le parenchyme respiratoire (certains y demeurent) puis ils sont soit véhiculés dans les vaisseaux lymphatiques jusqu'aux ganglions hilaires, soit entrainés par les gaz alvéolaires dans les bronchioles, les bronches et la trachée : englués dans le tapis muqueux, ils sont alors avalés ou expectorés au niveau du pharynx; d'autres cellules "inflammatoires" (polynucléaires, lymphocytes, plasmocytes, mastocytes) s'observent aussi dans le tissu conjonctif interalvéolaire; leur afflux dépend de l'état inflammatoire ou infectieux des poumons

Animation flash http://www.biologieenflash.net/animation.php?ref=bio-0003-3 Une animation qui illustre le passage de l'organe poumon vers l'alvéole où vont s'effectuer les échanges gazeux.)

INTRODUCTION

RÔLES

  • Apport d’O2 et rejet de CO2
  • Régulation du Ph

Mise en jeu de structure anatomiques précises :

  • Système respiratoire
  • Système circulatoire

2 zones à distinguer :

  • Zone de conduction
  • Zone respiratoire

Zone de conduction

Du nez aux bronchioles

  • Nez, cavité nasale
  • Pharynx, Larynx
  • Trachée
  • Bronches Bronchioles

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Fonctions:

  • Acheminer l’air
  • Filtrer l’air
  • Réchauffer l’air
  • Humidifier l’air

 

Zone respiratoire

Fonctions:

  • Echanges gazeux
    • Bronchioles terminales
    • Alvéoles et sacs alvéolaires
    • Membrane alvéolo-capillaire :
      • 3 couches constituent la MAC:

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  • La membrane alvéolaire
  • Paroi capillaire
  • Lame basale

 

MÉCANIQUE VENTILATOIRE

Le moteur des échanges gazeux entre les alvéoles et l'air ambiant (moteur de la ventilation), est constitué par les différences de pression qui existent entre ces deux milieux.

Lors de l'inspiration, la pression dans les alvéoles (pression intrapulmonaire) doit être inférieure à la pression (atmosphérique) de l'air ambiant ;

lors de l’expiration, c'est l'inverse qui doit se produire.

Si l'on suppose que…la pression atmosphérique est égale à zéro.

il s'ensuit que….pendant l'inspiration, la pression pulmonaire est négative et que, pendant l'expiration, elle est positive.

Pour atteindre ces pressions…le volume pulmonaire doit augmenter lors de l'inspiration et diminuer lors de l'expiration.

Ceci est assuré…d'une part, directement grâce aux mouvements du diaphragme,et, d'autre part, indirectement grâce aux autres muscles respiratoires qui agissent sur la cage thoracique (thorax).

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Mécanique Ventilatoire

Les mécanismes intervenant au cours de l'inspiration sont :

  • la contraction (aplatissement) du diaphragme :
  • le soulèvement (augmentation) de la cage thoracique par contraction des muscles scalènes et des muscles intercostaux externes et
  • le soulèvement de la cage thoracique par d'autres muscles accessoires.

 

Les mécanismes intervenant au cours de l'expiration sont :

  • les mouvements des muscles de la paroi abdominale qui poussent le diaphragme vers le haut ;
  • l'abaissement (diminution) de la cage thoracique, mouvement passif dû à la pesanteur et à l'élasticité
  • la contraction des muscles intercostaux internes.

 

Poumon et Plèvre

 Chaque poumon est recouvert de la plèvre

  • Feuillet viscéral
  • Feuillet pariétal
  • Cavité pleurale

 

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LES MUSCLES ET MOUVEMENTS RESPIRATOIRES

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                                                    J ’inspire en gonflant le ventre       Je souffle en rentrant le ventre

 

……Donc fait appel à des muscles

Cotes en respiration par AMAR_CONSTANTINE Cotes en respiration par AMAR_CONSTANTINE

  • Les muscles intercostaux externes, tout comme les muscles intercostaux internes, s'insèrent sur deux côtes successives.
  • Leur action antagoniste s'explique essentiellement par la différence de longueur du levier sur la côte supérieure ou inférieure  : la distance entre le point d'insertion des muscles intercostaux externes sur la côte supérieure (B) et l'axe de rotation de cette côte (A) est inférieure à la distance entre le point d'insertion de ces muscles sur la côte inférieure (C') et son axe de rotation (A').
  • Cette dernière longueur de levier C'-A' est donc supérieure à la longueur de levier A-B, de sorte que la contraction de ces muscles entraîne un soulèvement des côtes.
  • Les muscles intercostaux internes ont une action antagoniste, ce qui conduit à un abaissement de la cage thoracique lors de leur contraction.
  • Pour que les mouvements du diaphragme et de la cage thoracique puissent être utilisés pour la ventilation, il faut que les poumons puissent suivre ces mouvements, mais sans être fixés entièrement à la cage thoracique et au diaphragme.
  • Ceci est réalisé grâce à l'existence d'un film très mince de liquide se trouvant entre les deux feuillets de la plèvre qui recouvrent les poumons (plèvre pulmonaire) d'une part, et les organes avoisinants (plèvre pariétale) d'autre part.
  • Dans sa position naturelle, le poumon a tendance à s'affaisser sur lui-même du fait de sa propre élasticité.
  • Mais comme le liquide contenu dans la cavité pleurale est incompressible, le poumon reste solidaire de la face interne de la cage thoracique, ce qui conduit à une attraction, donc une pression négative par rapport à la pression environnante (pression intrapleurale, également appelée pression intrathoracique [Ppl] ; B).
  • Durant l'inspiration, lorsque la cage thoracique augmente de volume l'attraction augmente; par contre au moment de l'expiration elle devient plus faible (B).
  • Ce n'est qu'en cas d'expiration forcée faisant intervenir les muscles expiratoires (cf. ci-dessus) que Ppl, peut devenir positive.

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La respiration c’est l ’alternance :

  • d ’inspiration (entrée de l ’air)

  • d ’expiration (sortie de l ’air)

 

L'INSPIRATION

DIAPHRAGME

C’est le muscle inspiratoire PRINCIPAL

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  • Le diaphragme, le muscle inspiratoire le plus important, est un muscle squelettique en forme de dôme qui forme le plancher de la cavité thoracique.
  • Il est innervé par les fibres des nerfs phréniques, qui émergent des deux côtés de la moelle épinière aux niveaux des troisième, quatrième et cinquième segments cervicaux.
  • La loi de Boyle s'applique au fonctionnement d'une pompe de bicyclette et au gonflement d'un ballon.
  • Les différences de pression forcent l'air à entrer dans nos poumons lorsque nous inspirons, et l'expulsent hors des poumons lorsque nous expirons.
  • Pour que nous puissions inspirer, les poumons doivent augmenter de volume.
  • L'expansion des poumons entraîne une augmentation du volume pulmonaire et, par conséquent, une réduction de la pression dans les poumons, laquelle devient inférieure à la pression atmosphérique.
  • La première étape conduisant à l'expansion des poumons nécessite la contraction des principaux muscles inspiratoires : le diaphragme et les muscles intercostaux externes
  • Lorsque le diaphragme se contracte, il s'aplatit, abaissant ainsi son dôme.
  • Ceci augmente le diamètre vertical de la cavité thoracique et est responsable du déplacement de 75 % de l'air qui pénètre dans les poumons durant l'inspiration. Durant la respiration calme et normale, le diaphragme se déplace de 1 cm, et jusqu'à près de 10 cm durant une respiration profonde.
  • La grossesse avancée, l'obésité ou le port de vêtements qui compriment l'abdomen peuvent empêcher la descente complète du diaphragme.
  • Pendant que le diaphragme se contracte, les muscles intercostaux externes se contractent également.
  • Ces muscles squelettiques sont disposés obliquement vers le bas et vers l'avant entre les côtes adjacentes.
  • Quand ils se contractent, ils entraînent le soulèvement des côtes, ce qui a pour effet de pousser le sternum vers l'avant et d'augmenter le diamètre antéro-postérieur de la cavité thoracique.
  • Durant la respiration normale, la pression intra-pleurale, c'est-à-dire la pression entre les deux plèvres, est toujours inférieure à la pression atmosphérique.
  • (Elle ne peut devenir temporairement positive que durant un mouvement respiratoire modifié, comme pendant la toux ou un effort de défécation.)
  • Juste avant l'inspiration, cette pression est inférieure d'environ 4 mm Hg à la pression atmosphérique,c'est-à-dire qu'elle s'élève à 756 mm Hg, si la pression atmosphérique est de 760 mm Hg .
  • La contraction du diaphragme et l'augmentation totale du volume de la cavité thoracique font baisser la pression intrapleurale à 754 mm Hg environ. Par conséquent, les parois des poumons sont tirées vers l'extérieur.
  • Normalement, les plèvres pariétale et viscérale sont fermement attachées l'une à l'autre à cause de la pression inférieure à la pression atmosphérique qu'il y a entre elles et de la tension superficielle créée par leurs surfaces adjacentes humides.
  • Lorsque la cavité thoracique se dilate, la plèvre pariétale qui tapisse la cavité est tirée vers l'extérieur dans toutes les directions, et la plèvre viscérale et les poumons suivent le mouvement.
  • Lorsque le volume des poumons augmente, la pression qui se trouve à l'intérieur des poumons, appelée pression intra-alvéolaire (intra-pulmonaire), passe de 760 mm Hg à 758 mm Hg.
  • Un gradient de pression est donc établi entre l'atmosphère et les alvéoles pulmonaires.
  • L'air passe de l'atmosphère dans les poumons en raison d'une différence de pression gazeuse, et l'inspiration a lieu.
  • L'air poursuit son mouvement dans les poumons, tant qu'il existe une différence de pression.

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LES MUSCLES INSPIRATOIRES ACCESSOIRES

  • les muscles inspiratoires accessoires contribuent également à l'augmentation du volume de la cavité thoracique.
  • Ils comprennent les muscles sterno-cléido-mastoïdiens, qui soulèvent le sternum; les muscles scalènes, qui soulèvent les deux côtes supérieures ; et le muscle petit pectoral, qui soulève les troisième, quatrième et cinquième côtes.
  • L'inspiration est considérée comme un processus actif, parce qu'elle est déclenchée par une contraction musculaire.

 

L’ EXPIRATION

Processus passif

  • L'expiration passive est le mouvement de l'air qui sort des poumons ; elle fait également appel à un gradient de pression, mais, ici, le gradient est inversé : la pression intra-alvéolaire est supérieure à la pression atmosphérique.
  • Contrairement à l'inspiration, une expiration normale durant une respiration tranquille est un processus passif, puisqu'elle n'exige pas de contractions musculaires.

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  • Elle dépend de deux facteurs :
    • la rétraction des fibres élastiques qui ont été étirées durant l'inspiration,
    • la traction vers l'intérieur de la tension superficielle due à la pellicule de liquide alvéolaire
  • L'expiration débute par le relâchement des muscles inspiratoires.
  • Lorsque les muscles intercostaux externes se relâchent, les côtes s'abaissent et, lorsque le diaphragme se relâche, son dôme s'élève en raison de son élasticité.
  • Ces mouvements entraînent une réduction des diamètres vertical et antéro-postérieur de la cavité thoracique.
  • De plus, la tension superficielle exerce une traction vers l'intérieur et les membranes basales élastiques des alvéoles et les fibres élastiques dans les bronchioles et les canaux alvéolaires se rétractent.
  • Par conséquent, le volume pulmonaire décroît et la pression intra-alvéolaire augmente, s'élevant à 762 mm Hg.
  • L'air circule alors de la région de haute pression dans les alvéoles vers la région de basse pression dans l'atmosphère

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Processus actif 

  • L'expiration devient un processus actif durant la respiration laborieuse et lorsque le mouvement de l'air hors des poumons est empêché.
  • Dans ces cas, les muscles de l'expiration -les muscles abdominaux et intercostaux internes- se contractent.
  • La contraction des muscles abdominaux déplace les côtes inférieures vers le bas et comprime les viscères abdominaux, ce qui entraîne l'élévation du diaphragme.
  • La contraction des muscles intercostaux internes, qui s'étendent vers le bas et vers l'arrière entre les côtes adjacentes, tire les côtes vers le bas.

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Remarque:

L’atélectasie (affaissement des poumons)

  • Il est vital de maintenir une pression intrapleurale peu élevée pour le fonctionnement des poumons.
  • En fin d’expiration, les alvéoles ont tendance à se rétracter et à s'affaisser sur eux-mêmes, comme les parois d'un ballon dégonflé.
  • L'atélectasie (ateles: incomplet; ektasis: dilatation) est l'affaissement d'un poumon ou d'une portion de poumon.
  • La présence de surfactant alvéolaire empêche l'affaissement des alvéoles.
  • Il tend à réduire la tension superficielle dans les poumons.
  • Donc, lorsque le volume des alvéoles décroît (après une expiration, par exemple), la tendance des alvéoles à s'affaisser est  réduite par le fait que la tension superficielle n'augmente pas.

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La compliance pulmonaire

La compliance pulmonaire correspond à la facilité avec laquelle les poumons et la paroi thoracique peuvent être étirés.

Une compliance élevée signifie que les poumons et la paroi thoracique se dilatent facilement, alors qu'une compliance peu élevée indique qu'ils résistent à la dilatation.

La compliance est liée à 2 facteurs principaux :

  • l'élasticité et la tension superficielle.
  • La présence de fibres élastiques dans le tissu pulmonaire et de surfactant dans le liquide alvéolaire permet une compliance élevée.

 

Les volumes et capacités pulmonaires

  • L'adulte en bonne santé respire environ 12 fois par minute, et 6 litres d'air environ entrent et sortent des poumons en période de repos.
  • Un volume d'échange d'air inférieur à la normale indique généralement un dysfonctionnement pulmonaire.
  • Le spirographe (spiro: respirer) est l'appareil habituellement utilisé pour mesurer le volume des échanges d'air durant la respiration, ainsi que le taux de la ventilation.
  • L'enregistrement obtenu est un spirogramme.
  • L'inspiration est enregistrée sous forme d'une déflexion vers le haut et l'expiration est enregistrée sous forme d'une déflexion vers le bas.

 

Les volumes pulmonaires

  • Lors de la respiration normale, ≈ 500 ml d'air pénètrent dans les voies respiratoires à chaque inspiration (même volume lors de l’expiration)......

= volume courant (VT)

  • Sur les 500 ml, ≈ 350 ml du volume courant atteignent les alvéoles. 150 ml se trouvent dans les cavités du nez, du pharynx, du larynx, de la trachée, des bronches, et des bronchioles................

= espace mort anatomique.

  • le volume total d'air qui pénètre dans les poumons / minute......................

= La ventilation mn = Vc x Fr/mn

  • 500 ml fois 12 respirations par mn, ou 6 000 ml/mn...............................

= Le volume moyen

  • profonde inspiration, nous aspirons un volume d'air bien supérieur à 500 ml (3100 ml au-dessus des 500 ml du volume courant)..............

= volume de réserve inspiratoire (VRI).

  • inspiration normale, puis expirons forcée, nous devrions pouvoir exhaler 1 200 ml d'air, en plus des 500 ml du volume courant................

=volume de réserve expiratoire (VRE).

  • Même après l'expulsion du VRE, il reste un volume assez important d'air dans les poumons, (parce que la pression intrapleurale plus faible permet aux alvéoles de retenir un certain volume d'air); il reste également un certain volume d'air dans les voies respiratoires qui ne peuvent s'affaisser.........

= volume résiduel ≈1 200 ml (VR).

 

Les capacités pulmonaires

  • Les capacités pulmonaires sont des combinaisons de différents volumes pulmonaires .
    • VT + VRI = CI (capacité inspiratoire) = 3 600 ml
    • VR + VRE = CRF (capacité résiduelle fonctionnelle )= 2 400ml.
    • VRI+VT+VRE= CV (la capacité vitale) = 4800 ml
    • (CT)la somme de tous les volumes = la capacité pulmonaire totale = 6 000 ml.

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LES ECHANGES GAZEUX

LES LOIS PHYSIQUES

 

loi de Boyle

Suivant la loi de Boyle, le volume d'un gaz varie inversement à la pression,

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Pour la petite histoire....

  • La loi de Boyle-Mariotte (souvent appelée loi de Boyle par les anglophones, loi de Mariotte ou loi de Boyle-Mariotte par les francophones) est une des lois de la thermodynamique du gaz réel.
  • Elle relie la pression et le volume d'un gaz réel à température constante.
  • On trace ainsi une courbe isotherme du gaz.
  • Mariotte et Boyle ont constaté, à quelques pour cent près, que la courbe p = f(V) était proche d'une hyperbole équilatère en coordonnées dites de Clapeyron (p,V), soit pV = constante pour une température donnée constante.
  • En d'autres termes, maintenir la température constante pendant une augmentation de pression d'un gaz exige une diminution de volume.
  • Inversement, la réduction de la pression du gaz passe par une augmentation de volume.
  • La valeur exacte de la constante n'a pas besoin d'être connue pour appliquer la loi entre deux volumes de gaz sous des pressions différentes, à la même température :
  • La loi a été découverte à quelques années d'intervalle par l'Irlandais Robert Boyle (en 1662) et par le Français Edme Mariotte (en 1676).
  • C'est Guillaume Amontons qui précisa en 1702 que cette loi n'est valable qu'à température constante et est plus précise aux basses pressions.

 

loi de Charles

  • Selon la loi de Charles, le volume d'un gaz est directement proportionnel à la température, en supposant que la pression reste constante.
  • Lorsque le gaz est chauffé, les molécules gazeuses se déplacent plus vite et le nombre de collisions dans le cylindre augmente.
  • la force des molécules qui frappent le piston le font se déplacer vers le haut.
  • Alors que le gaz se dilate, le mouvement du piston donne une mesure de l'augmentation de volume.
  • À mesure que l'espace dans le cylindre augmente, les molécules doivent se déplacer plus loin, si bien que le nombre de collisions diminue à mesure que l'espace augmente.
  • La pression initiale est maintenue, et le volume augmente proportionnellement à l'augmentation de la température.
  • Lorsque les gaz entrent dans les poumons réchauffés, ils se dilatent, entraînant l'augmentation du volume pulmonaire.

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La loi de Dalton

  • Selon la loi de Dalton, chaque gaz présent dans un mélange de gaz exerce sa propre pression, indépendamment des autres gaz.
  • On appelle pression partielle la pression d'un gaz spécifique dans un mélange ; elle correspond à p.
  • la somme des pressions partielles = pression totale
  • L'air atmosphérique est un mélange de plusieurs gaz (oxygène, gaz carbonique, azote, vapeur d'eau, ainsi qu'un certain nombre d'autres gaz présents en quantités minimes et négligeables).
  • Nous pouvons déterminer la p exercée par chaque gaz du mélange en multipliant le pourcentage du gaz dans le mélange par la pression totale du mélange.
  • Par exemple, pour connaître la p de l‘O2 dans l'atmosphère, on multiplie le pourcentage d'air atmosphérique composé d'oxygène (21 %) par la pression atmosphérique totale (760 mm Hg) : p02 atmosphérique = 21 % x 760 mm Hg
    • = 159,60 ou 160 mm Hg
  • Comme le pourcentage de CO2 dans l'atmosphère est égal à 0,04, pC02 atmosphérique = 0,04 % x 760 mm Hg
    • = 0,3 mm Hg

 

La loi de Henry

  • La capacité d'un gaz de se maintenir en solution dépend de sa pression partielle et de son coefficient de solubilité, c'est-à-dire de son attraction physique ou chimique pour l'eau.
  • Ou autrement dit...  A température constante et à saturation, la quantité de gaz dissout dans un liquide est proportionnelle à la pression qu'exerce ce gaz sur le liquide.
  • La loi de HENRY régit  donc le comportement des gaz mis en contact avec des liquides. Enoncé de la loi: les gaz sont solubles dans les liquides. La quantité de gaz dissous sera fonction :
    • de la pression partielle du gaz
    • du coefficient de solubilité du gaz (constant pour un gaz donné dans un liquide donné)
    • de l'inverse de la température.
    • de  la  durée  du  contact  gaz  /  liquide.
  • Les gaz vont se dissoudre progressivement selon une courbe exponentielle jusqu'à « saturation ».

 

  • Le coefficient de solubilité du gaz carbonique est élevé (0,57), celui de l'oxygène l'est moins (0,024), et celui de l'azote encore moins (0,012).
  • Plus la pression partielle exercée par un gaz sur un liquide est élevée et plus le coefficient de solubilité est élevé, plus le gaz aura tendance à rester en solution.
  • la loi de Henry : la quantité de gaz qui se dissout dans un liquide est proportionnelle à la pression partielle exercée par ce gaz et à son coefficient de solubilité, sous une température constante.
  • La loi de Henry explique deux conditions dues aux changements de la solubilité de l'azote dans les liquides corporels.
  • Même si l'air que nous respirons contient environ 79 % d'azote, ce gaz n'a aucun effet connu sur les fonctions corporelles, puisque, à cause du coefficient peu élevé de solubilité de ce gaz à la pression du niveau de la mer, seule une très petite quantité d'azote se dissout dans le plasma sanguin.

 

LES ECHANGES GAZEUX

  • Les échanges gazeux s’effectuent à 2 niveaux :
    • Pulmonaire (O2 entre poumons sang / CO2 sort sang poumons)
    • Les échanges gazeux se font par diffusion :
  • Le passage des gaz a travers les membranes perméables au gaz suit le gradient de pression : on dit que les gaz diffusent du milieu ou la pression est la plus élevée vers le milieu ou la pression est plus faible.

 

1. La physiologie de la respiration pulmonaire

  • La respiration externe (pulmonaire) est l'échange d'oxygène et de gaz carbonique entre les alvéoles et les capillaires pulmonaires.
  • Elle entraîne la conversion du sang désoxygéné (pauvre en O2) en provenance du cœur en sang oxygéné (saturé en O2) retournant au cœur.
  • La p02 de l'air alvéolaire est de 105 mm Hg.
  • La p02 du sang désoxygéné qui pénètre dans les capillaires pulmonaires n'est que de 40 mm Hg en période de repos.
  • A cause de cette différence dans les p02, l'oxygène diffuse des alvéoles vers le sang désoxygéné, jusqu'à ce qu'un équilibre soit atteint, et la p02 du sang maintenant oxygéné est de 105 mm.
  • En arrivant dans les poumons, la pC02 du sang pulmonaire désoxygéné est de 45 mm Hg, alors que celle des alvéoles est de 40 mm Hg.
  • À cause de cette différence dans la pC02, le gaz carbonique diffuse du sang désoxygéné vers les alvéoles jusqu'à ce que la pC02 du sang soit réduite à 40 mm Hg.
  • Le taux de la respiration externe dépend de plusieurs facteurs.
    • Différence de pression partielle.
    • Surface d'échange gazeux disponible.
    • Distance de diffusion.
    • La fréquence et l'amplitude respiratoires.

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Différence de pression partielle.

  • Aussi longtemps que la p02 des alvéoles est supérieure à celle du sang veineux, l'oxygène diffuse des alvéoles au sang (altitude).

Surface d'échange gazeux disponible.

  • La surface totale disponible pour les échanges Oxygène gaz carbonique est importante ≈ 70 m² (emphysème)

Distance de diffusion.

  • L'épaisseur totale des membranes alvéolo-capillaires n'est que de 0,5 µm.
  • Les capillaires sont tellement étroits que les globules rouges doivent y circuler l'un derrière l'autre.
  • L'accumulation de liquide, comme dans le cas de l'œdème pulmonaire, réduit le taux des échanges gazeux, parce qu'elle entraîne l'augmentation de la distance de diffusion.

La fréquence et l'amplitude respiratoires.

(la morphine ralentit la fréquence respiratoire)

 

La physiologie de la respiration tissulaire

La respiration interne (tissulaire) est l'échange d'oxygène et de gaz carbonique entre les capillaires sanguins des tissus et les cellules des tissus.

Elle entraîne la conversion du sang oxygéné en sang désoxygéné.

 

L'O2

La p02 du sang oxygéné qui entre dans les capillaires tissulaires est de 105 mm Hg, alors que celle des cellules des tissus est de 40 mm Hg.

A cause de cette différence, l‘Odiffuse dans le liquide interstitiel et les cellules des tissus, jusqu'à ce que la p02 du sang soit réduite à 40 mm Hg, ce qui correspond à la p02 du sang désoxygéné des capillaires tissulaires en période de repos.

Au repos, environ 25 % de l'O2 disponible dans le sang oxygéné pénètre dans les cellules des tissus.

Ce volume est suffisant pour répondre à leurs besoins en situation de repos.

 

LE CO2

La pCo2 moyenne des cellules des tissus est de 45 mm Hg, alors que celle du sang oxygéné des capillaires est de 40 mm Hg.

Par conséquent, le gaz carbonique des cellules diffuse dans le liquide interstitiel et le sang oxygéné, jusqu'à ce que la pCo2 du sang soit de 45 mm Hg, ce qui correspond à la pCo2 du sang désoxygéné des capillaires tissulaires.

Le sang désoxygéné retourne ensuite au cœur.

De là, il est propulsé vers les poumons, et un autre cycle de respiration externe commence.

 

LE TRANSPORT D'O2 ET DE CO2

 

L'O2

L'O2 ne se dissout pas facilement dans l'eau ;

  • 1,5 % à l’état dissous dans le cytoplasme des hématies et dans le plasma.
  • 98,5% combiné à l’Hb sous forme d’oxyHb.

 

L’O2 se fixe réversiblement sur les atomes de fer de l’héme :

                                                            Hb + 4O2            Hb(O2)

                     Hb                 +                  O2                                     HbO2

Hémoglobine désoxygénée                 Oxygène                                   Oxyhémoglobine

  (hémoglobine réduite)

 

 

 

Étant donné que 98,5 % de l'O2 se fixe à l'hémoglobine et est emprisonné à l'intérieur des globules rouges, seul l'O2 dissous (1,5 %) peut diffuser des capillaires des tissus aux cellules des tissus.

A mesure que l'oxygène passe des alvéoles aux globules rouges, l'hémoglobine se sature d'oxygène et devient donc un acide plus fort.L'hémoglobine plus acide libère un plus grand nombre d'ions hydrogène (H+) qui se combinent à l'HCO3- pour former de l'acide carbonique (H2CO3).Celui-ci se dissocie en H2O + CO2, et le CO2 diffuse du sang aux alvéoles (effet Haldane).

 

À mesure que le gaz carbonique quitte les cellules tissulaires et entre dans les globules rouges, il incite une plus grande quantité d'oxygène à se séparer de l'hémoglobine (effet Bohr) et, par conséquent, une plus grande quantité de gaz carbonique se combine à l'hémoglobine et plus d'ions bicarbonate (HCO3-) sont produits.

 

LE CO2

Dans des conditions normales de repos, chaque volume de 100 ml de sang désoxygéné contient 5 ml de gaz carbonique.

Le CO2 est transporté par le sang sous 3 formes principales .

  1. Le CO2 dissous.
  2. La carbhémoglobine.
  3. Les ions bicarbonate.

 

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1. Le CO2 dissous.

Le plus petit pourcentage, environ 7 %, est dissous dans le plasma. En atteignant les poumons, il diffuse dans les alvéoles pulmonaires.

 

2. La carbhémoglobine.

Une partie plus importante, équivalant à environ 23 %, se combine à la globine contenue dans l'hémoglobine pour former

la carbhémoglobine sous l’influence de la pCO2 .

Ainsi, dans les capillaires tissulaires, la pCO2 est relativement élevée, ce qui favorise la formation de la carbHb.

Toutefois, dans les capillaires pulmonaires, la pCO2 est relativement basse, et le CO2 se sépare facilement de la globine et pénètre dans les alvéoles par diffusion.

3. Les ions bicarbonate.

70 % du CO2 est transporté dans le plasma sous forme d'ions bicarbonate.

 

À mesure que le CO2 diffuse dans les capillaires tissulaires et pénètre dans les globules rouges, il réagit avec l'eau, en présence de l'enzyme anhydrase carbonique, pour former de l'acide carbonique .

Celui-ci se dissocie en ions H+ et en ions HCO3-.

Les ions H+ se combinent principalement à l'hémoglobine ou à d'autres tampons.

A mesure que les ions HCO3- s'accumulent dans les globules rouges, certains d'entre eux diffusent et pénètrent dans le plasma, suivant leur gradient de concentration.

En échange, les ions chlorure (Cl-) diffusent du plasma vers les globules rouges.

Cet échange d'ions négatifs maintient l'équilibre ionique entre le plasma et les globules rouges ; c'est ce que l'on appelle le phénomène de Hamburger.

L'effet net de ces réactions est que le CO2 des cellules est transporté dans le plasma sous forme d'ions bicarbonate.

 

FACTEURS INFLUENÇANT LES ECHANGES GAZEUX

  1. La pO2 (courbe de Barcroft)
  2. La pCO2
  3. La température (T°C)
  4. Le pH
  5. Le BPG.

1. pO2 : Caractéristiques de la courbe de % de saturation de l’Hb en O2 :

La courbe a une allure sigmoïde ce qui montre que la fixation de l’O2 sur l’Hb dépend de la pO2

Le % de saturation de l’Hb augmente avec l’augmentation de la pO2 mais pas de manière proportionnelle (ce n’est pas une droite)

Les autres facteurs chimiques qui influencent la formation et la dissociation de l’oxyhb

2. La pCO2

3. La température (T°C)

4. Le pH

5. Le BPG.

Le BPG. Une substance présente dans les GR, appelées 2,3-biphosphoglycérate (BPG), appelé auparavant diphosphoglycérate, réduit l’affinité de l’Hb pour l’O2 et aide donc à libérer l’O2 de l’Hb.

Il s’agit d’un composé intermédiaire formé dans les Gr lorsqu’ils dégradent le glucose en énergie durant la glycoloyse.

Le BPG. Une substance présente dans les GR, appelées 2,3-biphosphoglycérate (BPG), appelé auparavant diphosphoglycérate, réduit l’affinité de l’Hb pour l’O2 et aide donc à libérer l’O2 de l’Hb.

Il s’agit d’un composé intermédiaire formé dans les Gr lorsqu’ils dégradent le glucose en énergie durant la glycoloyse.

 

Pour une pO2 élevée de 14kPa :

  • C’est le cas au niveau des poumons
    • Le % d’oxyHb est voisin de 100% : l’Hb est donc saturée.
    • On peut donc dire que l’affinité de l’Hb pour l’ O2 ne dépend pas des facteurs pCO2 , pH et T°.

Pour une pO2 faible de 4kPa :

  • C’est le cas au niveau des tissus
    • Le % de saturation de l’Hb dépend des 3 facteurs étudiés.

 

Exemple:

Cas n°1 :

1. La pCO2 augmente = hypercapnie (activité cellulaire importante)

2. Le pH diminue (plus acide a cause de la libération d’ions H+ par les muscles en activite)

3. La T° augmente (tissus actifs ou fièvre)

→ Les courbes de saturation de l’Hb en oxygène sont décalées vers la droite.

Signification : Pour une même pO2, le % de saturation de l’Hb en oxygène diminue,

Donc l’affinité de l’Hb pour l’O2 diminue

Donc la dissociation de l’oxyHb augmente et la libération d’O2 augmente.

Conclusion : L’O2 est fourni aux tissus (HbO2 Hb + O2)

L’ensemble des facteurs qui facilitent la libération de l’ O2 par l’Hb constitue l’effet Bohr.

 

Cas n°2 :

1. La pCO2 diminue = hypocapnie (activité cellulaire faible)

2. Le pH augmente (plus basique)

3. La T° diminue

→ Les courbes de saturation de l’Hb en oxygène sont décalées vers la gauche.

Signification : Pour une même pO2, le % de saturation de l’Hb en oxygène augmente,

Donc l’affinité de l’Hb pour l’O2 augmente

Donc la dissociation de l’oxyHb diminue et la libération d’O2 diminue.

Conclusion : Les tissus moins actifs ont moins besoin d’O2.

 

LA REGULATION DE LA RESPIRATION

 

Au repos consommation 200 ml d’O2 /mn

Effort x 30 .

→ Existence des mécanismes pour adapter l'effort respiratoire aux besoins métaboliques.

→ Le rythme de base de la respiration est réglé par certaines parties du système nerveux situées dans le bulbe rachidien et la protubérance.

 

La régulation nerveuse

 

Changement des dimensions du thorax par l'action des muscles respiratoires.

Ces muscles se contractent et se relâchent sous l'effet d'influx nerveux qui leur sont transmis par des centres nerveux de l'encéphale.

La région d'où partent ces influx nerveux est située en position bilatérale dans la formation réticulée du tronc cérébral ; on l'appelle le centre respiratoire.

Ce centre est formé d'un groupe de neurones dispersés, divisé, sur le plan fonctionnel, en trois régions :

  • le centre de rythmicité bulbaire ;
  • le centre pneumota- xique, situé dans la protubérance;
  • le centre apneu- stique, également situé dans la protubérance.

 

Le centre de rythmicité bulbaire

Le rôle du centre de rythmicité bulbaire est de régler le rythme de base de la respiration.

 

le centre pneumotaxique

Aide à coordonner la transition entre l'inspiration et l'expiration.

L’influx nerveux favorise l'inhibition de l'activité du centre inspiratoire avant que les poumons ne contiennent un volume d'air excessif.

Autrement dit, les influx limitent l'inspiration et facilitent ainsi l'expiration.

Lorsque le centre pneumotaxique est plus actif, le rythme de la respiration est plus rapide.

 

Le centre apneustique

coordonne la transition entre l'inspiration et l'expiration.

Ce centre envoie des influx stimulateurs au centre inspiratoire pour activer et prolonger l'inspiration, inhibant ainsi l'expiration.

Cette situation survient lorsque le centre pneumotaxique est inactif.

Lorsque le centre pneumotaxique est actif, il domine le centre apneustique.

 

La régulation de l’activité du centre respiratoire

Bien que le rythme de base de la respiration soit établi et coordonné par le centre respiratoire, ce rythme peut être modifié selon les besoins métaboliques de l'organisme par des influx nerveux dirigés vers ce centre.

 

Les influences corticales

Le cortex cérébral étant relié au centre respiratoire, nous pouvons donc modifier volontairement notre respiration (mesure de protection)

Le réflexe de Hering-Breuer

Par l’étirement des mécanorécepteurs due au gonflement de la cage thoracique

La régulation chimique

Rôle des chémorécepteurs (centraux et périphériques)

Les propriocepteurs

Récepteurs qui surveillent les mouvements articulaires et les contractions musculaires.

Variables régulées

capteurs

effecteurs

PCO2

pH

chémorécepteurs centraux

ventilation

PO2

[O2]

PCO2

chémorécepteurs

périphériques

ventilation

débit sanguin

résistances vasculaires

PO2

capteurs rénaux

érythropoïèse

Les autres influences

  • La température: Une élévation augmente la fréquence
  • respiratoire, un refroidissement soudain la réduit.
  • La douleur soudaine et intense entraîne une apnée, mais une douleur prolongée augmente la respiration.
  • L'étirement des sphincters de l'anus augmente la fréquence
  • L'irritation des voies respiratoires (mécanique ou chimique du pharynx ou du larynx), entraîne une interruption immédiate de la respiration, suivie d'une toux ou d'un éternuement.

 

Commentaires (1)

1. Amar 05/11/2012

salut

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Date de dernière mise à jour : 11/01/2017

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