27 Le système respiratoire

Le rôle du système respiratoire est avant tout d’apporter l’oxygène (dioxygène, O₂) à l’organisme et de le purger du gaz carbonique (dioxyde de carbone, CO₂), régénérer le sang veineux en sang artériel, c’est- à- dire l’hématose.

L’air est ventilé par les voies aériennes respiratoires jusqu’aux alvéoles pulmonaires où l’échange de ces deux gaz s’effectue.

Les voies aériennes participent aussi à l’adaptation de la température et de l’humidité de l’air inspiré (pour arriver à 37° aux alvéoles), à sa filtration (rôle des cellules ciliées, de la présence du mucus bronchique et du rôle mécanique de la toux).

Repères anatomiques

Le Systéme Respiratoire

• L’oxygène passe dans le sang, au niveau des capillaires pulmonaires, migre dans les veines pulmonaires, parvient dans l’oreillette gauche, le ventricule gauche, l’aorte, puis est distribué à chaque organe, aux tissus où a lieu la respiration cellulaire.

• Le dioxyde de carbone est transporté par les veines, la veine cave inférieure, l’oreillette droite, le ventricule droit, les artères pulmonaires, les capillaires pulmonaires où il est éliminé au niveau des alvéoles pulmonaires puis par l’air expiré.

• Les voies aériennes, (bronches, bronchioles, il y a une vingtaine de divisions entre la trachée et les alvéoles) sont dites de conduction, un « espace mort anatomique » d’environ 150 mL, sans échanges gazeux, bien évidemment. Ces divisions de plus en plus petites se terminent par des sacs alvéolaires (microscopiques), lieu des échanges gazeux.

• Les alvéoles, zone respiratoire, sont au nombre approximatif de 400 000 000 représentant une surface de 60 à 100 m².

Les alvéoles ont une paroi très fine (0,3 µm) et poreuse, tapissée à l’extérieur par les capillaires sanguins. Les cellules épithéliales alvéolaires sécrètent le surfactant, liquide assurant l’élasticité des alvéoles et facilitant les échanges gazeux.

• Muscles intervenant dans l’inspiration et l’expiration :

– le diaphragme, large muscle séparant l’abdomen et le thorax, se contractant en se courbant jusqu’à 10 cm ;

– les intercostaux ;

– les scalènes, les sterno-cléido-mastoïdiens, les trapèzes et les paravertébraux, (muscles accessoires) se contractent pour les inspirations et expirations forcées de haut débit.

Processus physiologique

La ventilation (convection) : inspiration et expiration

• Rôle des muscles :

– la respiration ou le mouvement respiratoire est un cycle constitué par l’inspiration et par l’expiration ;

– le rôle des muscles est de s’opposer à la résistance du parenchyme pulmonaire, constitué de tissu élastique, le ramenant naturellement à une rétraction (comme un ballon de baudruche) ;

– de façon naturelle, l’expiration est passive alors que l’inspiration est active.

• Rôle de la plèvre :

– les poumons glissent sur les côtes, pour limiter les frottements, grâce aux deux feuillets de la plèvre : un feuillet viscéral, accolé au poumon et un feuillet pariétal contre le thorax, séparés par une très fine couche de liquide pleural ;

– la pression pleurale varie en fonction de l’inspiration et l’expiration.

• Compliance :

– Le poumon doit pouvoir s’expandre si la pression augmente (inspiration), c’est la compliance. Elle se mesure par le rapport entre le volume et la pression des voies respiratoires.

– Le tissu pulmonaire possède des propriétés d’élasticité mais exerce une certaine résistance à son extension (selon les débits dans les voies aériennes ou son inertie selon l’âge, un handicap, une pathologie…).

– La résistance se mesure par le rapport entre le débit respiratoire et la pression régnant dans les voies respiratoires.

– Ces pressions pulmonaires varient selon le cycle respiratoire.

• Pressions et volumes :

– Le diaphragme et les muscles intercostaux provoquent l’expansion de la cage thoracique et des poumons à l’inspiration, créant ainsi une dépression dans les poumons et donc dans les alvéoles, permettant à l’air de pénétrer, puisque l’air s’écoule des zones de hautes pressions vers les zones de basse pression.

– Lors du retour élastique des côtes et du diaphragme, la pression intra-thoracique s’élève et devient supérieure à la pression de l’air ambiant, les gaz alvéolaires quittent donc les poumons vers l’air ambiant.

– Ils se contractent et resserrent la cage thoracique lors d’une expiration forcée.

– L’inspiration normale, au repos, permet de faire parvenir 0,5 litre d’air dans les poumons, c’est le volume courant, VC.

– L’inspiration forcée fait entrer 2,5 à 3 litres dans les poumons, volume de réserve inspiratoire, VRI.

– L’expiration normale permet de faire ressortir l’air inspiré (VC).

– L’expiration forcée expulse presque tout l’air inspiré, le volume de réserve expiratoire, VRE. Mais il reste encore 1,5 litre d’air non expulsable, le volume résiduel VR.

– Entre inspiration et expiration, le volume respiratoire est la capacité respiratoire vitale (CV), soit : CV = VRI + VC + VRE

– La fréquence respiratoire moyenne au repos (FC) est de 12/min.

Phase	Volume d’air inhalé (en litre par minute)
Repos	6
Marche	15
Promenade à bicyclette	15
Marche rapide	30
Montée d’escalier	30 à 40
Vélo intensif ou en côte	60 à 100
Course d’endurance	60 à 100

Passage des gaz entre l’alvéole et le sang par diffusion

• Le passage de l’oxygène et du gaz carbonique au travers d’une membrane (alvéolaire, capillaire ou cellulaire) dépend de la pression présente de part et d’autre de la membrane. Les gaz passent d’un milieu plus concentré à un milieu moins concentré et visent l’équilibre, c’est l’osmose ou équilibre des pressions.

• L’oxygène (ou, plus précisément le dioxygène) inspiré diffuse à travers la paroi alvéolaire et la paroi des capillaires pulmonaires pour être distribué à tous les organes et tissus.

• Il y a 21 % d’O₂ dans l’air atmosphérique, 79 % d’azote, des traces de CO₂ et de la vapeur d’eau.

• Dans l’alvéole, la pression partielle en O₂ est de 103 mm Hg et de 40 mm Hg dans le sang (capillaire pulmonaire).

• Le passage de l’oxygène se fait passivement, par gradient de pression (loi de Henry). L’O₂ passe de l’alvéole au sang, car la pression partielle en O₂ de l’air alvéolaire est supérieure à celle dans le sang au niveau des capillaires artériels pulmonaires où il est dissous.¹

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