Les mécanismes et les mouvements respiratoires

L’appareil respiratoire se compose d’un ensemble d’organes qui forment : les voies respiratoires et les poumons. Cet appareil joue un rôle principal dans plusieurs fonctions de l’organisme notamment la respiration. 

I-  Les principales fonctions du système respiratoire  

La physiologie de la respiration pulmonaire : les mécanismes et les mouvements respiratoires

L'appareil respiratoire remplit plusieurs fonctions essentielles au bon fonctionnement de l'organisme. 

1.  Échange de Gaz

C'est le rôle vital et primordial qui permet : 

1-1. L'oxygénation du sang 

L'appareil respiratoire permet l'absorption de l'oxygène de l'air dans les alvéoles pulmonaires, d'où il diffuse dans le sang.

1-2. L'élimination du Dioxyde de Carbone 

Le CO2 produit par le métabolisme des cellules est expulsé du sang vers les alvéoles pour être exhalé.

2.  Régulation du pH sanguin

L'échange de gaz aide à maintenir l'équilibre acido-basique du sang en régulant les niveaux de CO2.

L’équation suivante de Handerson-Hasselbalch permet de déterminer le PH du sang à partir des concentrations en bicarbonate (ion) et en dioxyde de carbone CO2.

Anatomie et physiologie de l'appareil respiratoire : l’équation de Handerson-Hasselbalch

Les principaux organes qui participent à la régulation du PH sanguin sont : les poumons et les reins.

• Les poumons éliminent le CO2 lors de l’expiration.
• Alors que les reins régulent le taux sanguin des ions bicarbonates. 

3.  Protection des voies respiratoires

Les muqueuses et les cils des voies respiratoires filtrent les particules, les agents pathogènes et les irritants de l'air inhalé.

4.  Fonction phonatoire

L'appareil respiratoire joue un rôle clé dans la production de la voix. L'air passe par les cordes vocales permettant la phonation. 

La phonation est un processus physiologique qui correspond à un ensemble de mécanismes qui aboutissent à l’apparition des vibrations au niveau des bords libres des cordes vocales.

• Au début, il s’agit d’un mécanisme sonore initial,
• après, ce mécanisme sera filtré au niveau du pharynx puis au niveau de la cavité buccale pour donner les voix et les sons habituels. 

5.  Température et humidification de l'air

L'air inhalé est réchauffé et humidifié par les voies respiratoires, ce qui protège les poumons et favorise le bon fonctionnement des alvéoles.

6.  Olfaction

Les récepteurs olfactifs situés dans la cavité nasale détectent les odeurs, contribuant au sens de l'odorat.

7.  Participation à la défense immunitaire

Les cellules immunitaires dans les poumons aident à combattre les infections et à protéger l'organisme contre les maladies respiratoires.

Ces fonctions sont cruciales pour maintenir l'homéostasie et assurer le bon fonctionnement de l'organisme.

II-   Mécanismes des mouvements respiratoires

1.  La respiration : définitions et généralités

1-1.  La respiration 

C'est un phénomène physiologique vital qui désigne l’ensemble des échanges gazeux qui résultent de l'inspiration et de l'expiration de l'air. Donc, c’est l’absorption de dioxygène O₂ ainsi que le rejet de dioxyde de carbone CO₂.   

1-2. L'inspiration 

C'est le mouvement respiratoire durant lequel l'air pénètre dans les poumons par les voies aériennes.

1-3.  L'expiration 

C'est le mouvement respiratoire durant lequel l'air quitte et sort des poumons par les mêmes voies.

1-4.  Le cycle respiratoire 

Il est fait de deux étapes successives : l’inspiration puis l’expiration.

1-5.  Les types de respiration 

On distingue deux types de respirations :

- Respiration calme : c’est une respiration reflexe qui se fait au repos.

- Respiration forcée : elle est volontaire où :

           .  L’inspiration : nécessite la mise en jeu d’un certain nombre de muscles : les élévateurs des côtes, le grand et le petit pectoraux ainsi que le trapèze.

           .  L’expiration : se fait par la contraction des muscles expiratoires.

1-6.  Le rythme respiratoire 

C’est le nombre de cycles respiratoires par minute. Au repos, il varie avec l’âge et certains états physiologiques. Il est de 12 à 18 cycles chez l’adulte au repos et de 40 maximums chez le nouveau-né.

1-7. Autres définitions de la respiration

- Hyperpnée ou polypnée : c’est une respiration rapide avec un rythme accéléré.

- Bradypnée : c’est une respiration lente avec un rythme diminué.

- Apnée : c’est un arrêt volontaire de la respiration.

- Dyspnée : c’est une difficulté à respirer avec une gêne respiratoire et des signes de lutte.

Exemple : la dyspnée expiratoire lors de la crise d'asthme.

2.  Les muscles respiratoires     

C’est un ensemble de muscles dont l’action permet les mouvements respiratoires. Ces derniers sont des mouvements vitaux car ils permettent à l’air de circuler dans les voies aériennes et les poumons.

Ces muscles sont surtout le diaphragme et les muscles intercostaux.

2-1.  Le diaphragme

Le diaphragme est le principal muscle de l’appareil respiratoire. Il est situé à la base du thorax et il le sépare de l’abdomen. A rappeler que les poumons reposent sur ce muscle.

2-2.  Les muscles intercostaux 

C’est un groupe de muscles situés entre les côtes et qui participent au maintien de la forme et de la paroi de la cage thoracique. Ces muscles sont surtout mobilisés lors de la respiration forcée car ils permettent d’accélérer le rythme respiratoire en cas de besoin comme lors d’un exercice physique intense.

3.  Les mouvements respiratoires

Les mouvements respiratoires désignent l'ensemble des actions mécaniques dont le but est de permettre le passage de l'air entre les poumons et le milieu extérieur dans les deux sens. 

Lors de l’inspiration, le diaphragme se contracte et devient plat. Ce mécanisme tire les poumons vers le bas et donne une augmentation du volume de la cavité thoracique. 

Lors de l’expiration, la capacité volumique des poumons diminue car le diaphragme se relâche.

Ces mouvements entrainent des modifications du volume pulmonaire ainsi que celui de la cavité thoracique : 

-  Plus ce volume augmente, plus la pression dans les poumons diminue.

-  A l’inverse plus le volume pulmonaire est petit, plus la pression dans les poumons est grande.

3-1.  L’inspiration

La physiologie de la respiration pulmonaire : les mécanismes et les mouvements respiratoires

Cette 1ére étape de la respiration se déroule selon la chronologie suivante :

1)  La contraction des muscles intercostaux permet à la cage thoracique (côtes et sternum) d’être tirée vers le haut.
2) Le diaphragme se contracte. Il s’abaisse et devient plat et tire les poumons vers le bas.
3) Grace à ces contraction, le volume de la cage thoracique augmente.
4) Puisque la plèvre est collée directement à la paroi interne de la cage thoracique, elle force les poumons à s'étirer. Cela entraine une augmentation du volume des deux poumons.
5) La principale conséquence de cette augmentation de volume pulmonaire c’est la chute de la pression à l’intérieur des poumons qui devient plus petite que celle à l’extérieur.
6) C’est pourquoi l’air se dirige facilement du milieu extérieur vers les poumons : c’est inspiration.
Chaque inspiration calme permet l’entrée d’environ 0,5 L d’air.

3-2.  L’expiration

Elle se déroule en respectant cette chronologie :

1) Les muscles intercostaux se relâchent ce qui permet aux côtes et au sternum de redescendre.

2) Aussi le diaphragme se relâche et remonte en haut, donc il reprend son aspect courbe.

3) Les deux étapes précédentes entrainent une diminution du volume de la cage thoracique.

4) Donc il y a aussi une diminution du volume des poumons.

5) La pression à l’intérieur des poumons augmente et devient plus importante que celle du milieu extérieur.

6) Donc l’air se dirige facilement à l’extérieur des poumons : c’est l’expiration.

Apres une expiration, les poumons ne se vident jamais complètement. Il y a toujours un petit volume d’air qui reste dans les poumons : c’est le volume résiduel. Il est estimé à environ 1,2 L.

III-   Phénomènes chimiques de la respiration   

La respiration englobe deux phénomènes physiologiques vitaux :

- D’une part, les échanges gazeux entre l'organisme et son environnement. Ces échanges sont assurés par la ventilation pulmonaire et les échanges alvéolo-capillaires.

- D’autre part, elle inclut également les réactions biochimiques cellulaires par lesquelles la cellule utilise l'oxygène pour oxyder certains nutriments (surtout le glucose) dans le but de produire de l'énergie.

1.  Les échanges gazeux au niveau alvéolaire capillaires

Rappelons que les voies respiratoires appelées voies aériennes se composent : du nez (et parfois de la bouche), du pharynx, du larynx, de la trachée, des bronches et des bronchioles. Ces voies se terminent dans les alvéoles pulmonaires. 

L'air inhalé est purifié, filtré et humidifié. Sa température s'ajuste à celle du corps avant d'atteindre les alvéoles. Ces dernières se caractérisent par leur richesse en vaisseaux sanguins. 

Le sang qui arrive du cœur vers les poumons par les artères pulmonaires se caractérise par sa faible teneur en oxygène et sa richesse en dioxyde de carbone.

Au niveau des capillaires, les membranes des alvéoles et des capillaires ont la particularité de permettre les échanges gazeux.

Ces membranes se caractérisent par une perméabilité dans les deux sens. Mais en raison de la différence de la concentration et de la pression de ces deux gaz ; il y a une grande diffusion d'oxygène des alvéoles vers les capillaires et de dioxyde de carbone dans sens inverse.

Le résultat de ces échanges alvéolo-capillaires est que le sang se débarrasse de son dioxyde de carbone et devient riche en oxygène, c’est l’oxygénation du sang.

Ce sang oxygéné quitte les poumons par les veines pulmonaires et rejoint le cœur puis la circulation générale où de nouveaux échanges gazeux se produisent au niveau des cellules.

2.  Les échanges gazeux au niveau cellulaire

2-1.  Au niveau de la membrane cellulaire

Les échanges se font toujours dans le même sens de la différence de concentration, c’est-à-dire du compartiment où la concentration est la plus élevée vers celui où elle est plus faible.

Ainsi, les cellules s'enrichissent en oxygène et libèrent le dioxyde de carbone dans les capillaires.  Cette opération entraîne une diminution de la concentration en oxygène dans le sang et une augmentation de celle du dioxyde de carbone : c’est la désoxygénation du sang.

2-2.  A l'intérieur de la cellule 

Principalement dans les mitochondries, l'oxygène participe dans des réactions biochimiques du métabolisme : c’est la respiration cellulaire.

Ces réactions entrainent la synthèse de l’ATP qui stockent de l'énergie, tout en produisant un principal déchet : le dioxyde de carbone. Ce dernier sera libéré dans le sang, puis évacué des poumons vers le milieu extérieur lors de l'expiration ; et un nouveau cycle respiratoire commence.

Conclusion

La protection et la prévention du système respiratoire contre plusieurs pathologies sont primordiales pour éviter des conséquences graves qui retentissent sur tout l’organisme.