Dernière mise à jour : 07-Jan-2006
Nous sommes le 21-08-2008 ; il est 18:00 .
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SVI 04, Chapitre 5 : La Respiration - Les Echanges Gaezux. Partie 1: La Respiration. I\ Introduction. Le but de la respiration est d’amener l’oxygène à toutes les cellules de l’organisme en fonction de leurs besoins et de prendre en charge le CO2 rejeté. L’oxygène sert au processus d’oxydation au niveau des mitochondries. II\ L’appareil respiratoire. Cet appareil respiratoire est composé des voies aériennes qui relient l’air atmosphérique à l’air alvéolaire des poumons.
Du milieu extérieur, l’oxygène passe dans le tractus respiratoire par les fosses nasales, le pharynx, le larynx (début de la trachée), la trachée et les bronches (primaires qui se ramifient en bronchioles avec des fibres musculaires). Ces voies ont un rôle conducteur mais servent aussi à réchauffer, hydrater et dépoussiérer l’air. Cette dernière fonction est prise en charge par des cellules sécrétrices dont le mucus piège les différentes particules. On a aussi des cellules ciliées qui déplacent ces particules vers le pharynx.
Les poumons sont limités ventralement par le diaphragme. Ils sont divisés en lobes (3 à droite et 2 à gauche). Ils sont enveloppés par un feuillet viscéral contre les poumons et par un feuillet pariétal qui tapisse la paroi thoracique. Entre les deux feuillets se situe la cavité pleurale qui est remplie d’un liquide qui joue un rôle protecteur. Dans un lobe de poumon, on trouve : - une bronche primaire, - des bronches secondaires, - des bronches tertiaires et -des bronchioles à l’extrémité desquelles on trouve les sacs alvéolaires. On parle d’arbre bronchique. La paroi des alvéoles est fine (une couche de cellules épithéliales) et très vascularisée. Les cellules de la paroi sont des pneumocytes. On distingue deux groupes de pneumocytes : les primaires et les secondaires qui sécrètent un liquide (le surfactant), mélange de phospholipides (90%) et de protéines (10%), qui va former un film à la surface des alvéoles. Ce sont des substances tensioactives. Ce liquide évite aux alvéoles de se replier sur elles-mêmes et facilite les échanges entre les deux compartiments. Le gaz se diffuse à travers la paroi dont la surface totale est très importante (300 millions d’alvéoles par poumon), autour de 70 m2 par poumon. III\ Mécanique respiratoire et ventilation. Le but de cette respiratoire est d’assurer la ventilation des parties profondes des poumons afin de renouveler l’air. La ventilation correspond aux mouvements d’air à l’intérieur et à l’extérieur des poumons (inspiration et expiration). Le renouvellement de l’air est dépendant des différences de pression entre l’air extérieur (atmosphérique) et l’air intra-alvéolaire. Inspiration : La pression est de 760 mm de Hg dans les poumons (plus faible que la pression atmosphérique). Expiration : la pression des poumons est supérieure à la pression atmosphérique et l’air est expulsé.
L’inspiration est un phénomène actif. La variation de volume est due aux mouvements de la cage thoracique. Les muscles intercostaux externes se contractent et les muscles relevant les côtes se contractent. On a ainsi une augmentation du volume de la cage thoracique sur un plan horizontal. Le diaphragme se contracte, donc s’abaisse. Le volume augmente sur un plan vertical. Les poumons suivent passivement les mouvements de la cage thoracique car ils sont solidaires de la cage thoracique.
L’expiration est un phénomène passif. Les muscles contractés se relâchent et le diaphragme remonte. Le volume de la cage thoracique diminue. Les poumons reprennent leur volume initial. Grâce à la différence de pression, l’air est expiré. Remarque : les expirations forcées sont des phénomènes actifs qui demandent la contraction des muscles intercostaux internes et des muscles abdominaux. Cette mécanique peut être étudiée par un spiromètre (appareil qui permet aussi la détection de l’asthme). Quand 500 mL d’air rentrent, seuls 350 mL pénètrent dans les alvéoles. L’air en surplus reste dans les voies aériennes qui sont dites « espace respiratoire morte ». On a 7,5 L d’air inspiré par minute et 450 L inspiré par heure. IV\ Régulation de la respiration. La succession de cycles respiratoires permet de déterminer un automatisme ventilatoire. Il est du à des neurones situés dans le bulbe qui constituent les centres respiratoires (inspirateur et expirateur). Ces nerfs (moteurs et phréniques) innervent les muscles respiratoires (diaphragme et intercostaux). Les stimuli sensitifs partent des poumons, passent par le nerf vague et vont informer les centres respiratoires sur l’état d’inflation.
Le rythme et l’amplitude des mouvements respiratoires sont réglés par des variations de paramètres sanguins (pression partielle en CO2, O2 et pH). Ces paramètres sont perçus par des chémorécepteurs. Les chémorécepteurs centraux (au niveau du bulbe) sont sensibles aux variations de pH du liquide céphalo-rachidien). Une augmentation de la concentration en CO2 entraîne l’augmentation de la ventilation. Les barorécepteurs, au niveau de la crosse aortique et de la bifurcation carotidienne, sont sensibles à la pression partielle en CO2. è L’augmentation de la pression partielle en CO2 ou la diminution de celle en O2 entraîne l’augmentation de la ventilation.
Au niveau des bronchioles, les muscles lisses sont sensibles à la pression partielle en CO2 : si la quantité de CO2 augmente, les muscles lisses se relâchent en entraînant une broncho-dilatation et l’excès de CO2 est expiré.
Partie 2: Les échanges gazeux. I\ Propriété fondamentale des gaz.
La pression atmosphérique correspond à la pression au niveau de la mer. 760 mm Hg ó 1013 hPa. Cette pression diminue avec une augmentation d’altitude.
La pression partielle est la pression exercée par les molécules d’un gaz donné dans un mélange de gaz. Au niveau de la mer, on a : - 21% d’O2 ó PO2 = 158,8 mm Hg, - 0,03% de CO2 ó PCO2 = 0,23 mm Hg, - 78,97% de N2 ó PN2 = 601 mm Hg. La diffusion des gaz respiratoires est effective seulement si les gradients de pression partielle en O2 et CO2 sont maintenus de part et d’autre de la surface d’échange. Ceci est possible grâce au renouvellement permanent du sang (par le cœur) et de l’air alvéolaire (par la ventilation). Cette diffusion dépend de la solubilité des gaz dans un liquide. A l’équilibre, la pression partielle d’un gaz est équivalente dans l’air ou dans l’eau. Loi de Henry : la quantité de gaz qui se dissout dans un liquide est directement proportionnelle à la pression partielle du gaz et de son coefficient de solubilité (à température constante). Si la température augmente, la quantité de gaz dissout diminue. Remarque : le CO2 est 23 fois plus soluble que l’oxygène. II\ Le mélange gazeux moléculaire.
C’est un mélange en O2, CO2 et N2. Quand l’air arrive dans les voies respiratoires, il devient saturé en vapeur d’eau, ce qui entraîne une modification de la pression partielle de chacune des molécules de gaz. La pression intra-pleurale joue un rôle dans l’inspiration. Elle diminue pendant l’inspiration et permet à l’air de rentrer dans les poumons (elle augmente quand l’air est expiré).
Le sang s’équilibre avec l’air alvéolaire qui contient : 14% d’O2 (PO2=105mm Hg), 5,5% de CO2 (PCO2=40mm Hg). III\ Transport de l’oxygène. A\ L’O2 dissout. 0,3 mL d’O2 est dissout pour 100 mL de sang. C’est insuffisant pour couvrir les besoins cellulaires (20 mL d’O2 sont nécessaires pour 100 mL de sang).
L’O2 se combine à l’hémoglobine de façon réversible en fonction de la pression partielle en O2 à un niveau donné. L’hémoglobine : C’est une protéine des hématies, constituée de quatre sous-unités, chacune formée d’une chaîne polypeptidique (la globine) à laquelle est fixé un hème (Fe2+) qui fixe l’O2. Chaque molécule d’hémoglobine peut fixer quatre molécules d’O2. Quand l’O2 est fixé, on parle d’oxyhémoglobine. On a à peu près 15g d’hémoglobine pour 100mL de sang et 1g d’hémoglobine fixe 1,39mL d’O2. La pression partielle en O2 est le principal facteur de fixation de l’O2. L’affinité de l’hémoglobine est élevée au niveau alvéolaire pour l’O2 : on parle d’hémoglobine saturée (à 90%). Au niveau cellulaire, le pourcentage de saturation est de 75% : il y aura, à ce niveau, libération d’O2 plus facile pour qu’il puisse rentrer dans la cellule. Le 2,3 diphosphoglycérate est un glucide produit par les hématies.
IV\ Transport du CO2.
2,5 à 3mL de CO2 sont dissous pour 100mL de sang. Un litre de sang contient 500mL de CO2. Ce type de transport représente 10% du total de CO2 transporté.
· Le CO2 peut se combiner à l’eau et donner de l’acide carbonique. CO2 + H2O <-> H2CO3 <-> HCO3- + H-. Dans les hématies, on a une enzyme, l’anhydrase carbonique, qui accélère la formation des ions HCO3-. Ces ions vont diffuser dans le plasma en faisant rentrer des ions Cl- dans les hématies. è 60% du CO2 est transporté sous cette forme. · Combinaison avec l’hémoglobine. L’hémoglobine peut fixer et libérer le CO2 au niveau des globines, on parle alors de carbamino-hémoglobine. Au niveau des tissus, la libération de CO2 entraîne une diminution du pH qui tend à dissocier l’O2 de l’hémoglobine. La libération d’un proton donne une recombinaison de HCO3- puis une dissociation en H2O + CO2 qui sera évacué.
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