File

3.1 - Le système
respiratoire humain
SBI 3U
Activité

Compte le nombre de respiration en 1
minute.
 Quel est ton résultat?
 D’après toi, est-ce élevé?
 Est-ce un résultat fiable?
Résultats

La fréquence respiratoire (en 1 minute) habituelle
pour :




un nouveau-né : environ 50
un nourrisson : environ 40
un enfant : 20 à 30
un adulte : 12 à 15

Pour l’adolescent et l’adulte, lors d’activité intense, la
respiration peut atteindre 24 fois/minute.

Certaines personnes, dont les sportifs entrainés,
peuvent avoir une respiration au repos plus lente.
Les organes du système respiratoire
Nez
 Fosses nasales
 Pharynx
 Larynx
 Trachée
 Poumons (bronches, bronchioles, alvéoles)

CARACTÉRISTIQUES GÉNÉRALES
Anatomie
Le nez

Fait de replis appelés cornets qui réchauffent,
humidifient et nettoient l’air inspiré de ses impuretés.

Les cornets sont des replis des os nasales qui ont à
leur surface l’épithélium olfactif qui assure l’odorat.

Poils à l’entrée filtre les poussières les plus grosses.

Les septum (os) sépare les deux narines.
Le pharynx

Passage commun à l’air et les aliments.

Le pharynx termine la glotte, plus grande chez
l’homme.

Autour de la glotte, les cordes vocales permettent la
parole.

L’épiglotte joue le rôle de trappe lors de la
déglutition.
Le larynx

Forme la pomme d’Adam.

Organe à paroi cartilagineuse.

Fonctions :
 fournir un passage à l’air
 contient les cordes vocales
Organes de la phonation

Le larynx est l’organe de la phonation.

Fait de 2 pièces principales cartilagineuses :
 cartilage thyroïdien
 cartilage cricoïdien

Lorsque la glotte varie de forme, elle produit
différents sons.
Le larynx
Les cartilages thyroïdien et cricoïdien forment le larynx. Chez
l’homme, le cartilage thyroïdien est plus volumineux.
Les cordes vocales
Les cordes vocales sont attachées aux pièces cartilagineuses et
l’espace entre elle se nomme la glotte. Derrière la glotte se trouve
la trachée.
La trachée

Tube cylindrique relie le larynx aux bronches.

Succession d’anneaux de cartilage qui donne à
l’organe une semi-rigidité tenant le passage libre et
ouvert pour l’air.

Paroi interne fait d’une muqueuse de cellules
caliciformes sécrétrices de mucus et portant des cils
qui battent vers le haut pour expulser les bactéries.
Dans la trachée : la présence de cils
La présence continuelle des cils propulse la poussière et les
bactéries vers le nez et la gorge. De là, elles sont expulsées
aux moyens de la toux ou de l’éternuement.
Dans certains cas, les cellules sont ciliées :
Cellules responsables du déplacement du mucus
dans les voies respiratoires. Cet épithélium
recouvre les voies respiratoires.
• Le mucus piège la plupart des poussières et
bactéries qui risqueraient d'atteindre les fragiles
alvéoles pulmonaires.
• Le mouvement des cils des cellules remonte
constamment le mucus vers la gorge où il est
avalé (ou craché par terre pour les plus
malpropres!).
• La fumée de cigarette paralyse progressivement
les cils de ces cellules. Les fumeurs doivent donc
tousser pour réussir à évacuer le mucus de leurs
voies respiratoires. À la longue, la fumée de
cigarette irrite les voies respiratoires qui
réagissent à cette irritation en sécrétant de plus
en plus de mucus de plus en plus difficile à
évacuer.
Les poumons

La trachée se divise en bronches qui se ramifient en
bronchioles qui mènent aux sacs alvéolaires et ensuite
aux alvéoles (environ 3 000 000).

Les poumons se divisent en lobes (3 lobes pour le droit
et 2 lobes pour le gauche).

Chaque poumon est couvert de deux membranes :
 membrane (plèvre) viscérale; qui est interne (fixé contre le poumon)
 membrane (plèvre) pariétale; qui est externe (fixé contre la paroi de la cage
thoracique)
Les poumons
 Entre
les deux membranes, il y a la cavité
pleurale contenant un liquide séreux.
 La
plèvre est très flexible; ainsi, les
poumons peuvent se dilater et se
contracter lors de l’inspiration et de
l’expiration.
Les bronches
Trachée
2 bronches
Poumon droit :
Poumon gauche :
3 lobes
2 lobes
bronchioles
Les deux différentes membranes des poumons
Plèvre
pariétale
Plèvre
viscérale
Diaphragme
Bronchioles se
terminent par des sacs
alvéolaires
Surface totale ~ terrain
de tennis
La respiration

La respiration se divise en deux processus:
◦ respiration externe : l’échange de 02 et CO2 dans les
poumons
◦ respiration interne : l’échange de ces gaz entre le sang,
les liquides tissulaires et les cellules

La respiration cellulaire:
1C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 36ATP
Échange Gazeux

C’est l’échange de l’oxygène (O2) et du
dioxyde de carbone (CO2) dans les alvéoles.

Il y a une [O2] plus élevé dans l’air que l’on
inspire que dans l’air que l’on expire (ou
rejette). Le CO2 est en plus grande quantité
dans le sang que dans l’air inspiré.
Échange Gazeux

Lors de l'inspiration, nous absorbons :





20,94% d'oxygène;
0,04% de gaz carbonique;
79,02% d'azote;
et autres gaz en faibles concentrations.
Lors de l'expiration, nous rejetons :




16,49% d'oxygène;
4,49% de gaz carbonique;
79,02% d'azote;
et autres gaz en faibles concentrations.
O2
CO2
Animation

Du système respiratoire à l’alvéole
http://www.biologieenflash.net/sommaire.
html
Connais-tu les parties du système
respiratoire?

Complétez le schéma suivant :
http://biologienet.free.fr/ex.repira.htm
Animation

Les poumons : un résumé de son
fonctionnement
http://video.vulgarismedical.com/index.php/2008/03/21/52les-poumons
Animation

L’asthme
http://www.doctissimo.fr/html/sante/mag_
2002/sem01/mag0510/sa_4940_mecanism
e_asthme.htm
La mécanique de la ventilation

Inspiration
 entrée de l’air: l’air passe d’une haute pression (externe) à une
basse pression (interne).
 les poumons se dilatent et l’air y pénètre
 les muscles intercostaux remontent (contractent) et le
diaphragme s’abaisse (contracte) pour augmenter le volume de la
cage thoracique

Expiration
 sortie de l’air: la pression augmente, (interne) l’air sort des
poumons pour aller vers la basse pression (externe).
 les poumons sont écrasés et l’air en sort
 relâchement des muscles
 la cage thoracique s’abaisse et le diaphragme se relâche et se
soulève
Les muscles impliqués dans la respiration
Les différences de pression sont à la base du mécanisme de
ventilation pulmonaire.
La mécanique associée à l’inspiration et l’expiration
Inspiration
active
Expiration
passive
Personne 2 : lorsque
l’air entre dans les
poumons, le
diaphragme se
contracte et s’abaisse
et la cage thoracique
se soulève.
Personne 1: lorsque
l’air sort des
poumons, le
diaphragme se
relâche et se soulève
et la cage thoracique
s’abaisse.
Radiographies des poumons d’un humain au cours d’un
cycle respiratoire
Contrôle nerveux
Centre de contrôle nerveux de
la respiration dans le tronc
cérébral (bulbe rachidien).
Hausse de CO2 ou baisse
de O2 dans le sang
Augmentation de la
fréquence respiratoire
Contrôle de la respiration

le bulbe rachidien est une partie de
l’encéphale qui régit les réflexes.

des nerfs phréniques contrôlent le
diaphragme et les muscles intercostaux.

le nerf vague afférent qui conduit les
messages des poumons, peau, nez,
etc...vers le centre respiratoire.
L’hyperventilation

L’hyperventilation est un phénomène causé par une respiration
fréquente, rapide et saccadée.

En effet, l'hyperventilation réduit le taux de CO2 contenu dans
notre corps et permet ainsi d'augmenter le temps pendant lequel
nous pouvons retenir notre souffle sans trop de désagrément.

La personne en hyperventilation élimine plus de gaz carbonique,
le CO2, que son corps n'en produit. Une certaine quantité de
CO2 doit être présente dans le sang; pour garder le sang
légèrement acide

Lorsque le gaz carbonique diminue trop, cela provoque la
contraction des artères.
Solution = respire dans un sac de papier
La performance respiratoire

Facteurs influençant la performance respiratoire






Capacité pulmonaire
Force des muscles
L’énergie disponible
Les médicaments
État nutritionnel
Situation métabolique
Capacité pulmonaire

La capacité de nos poumons augmente jusqu’à
la vie adulte et diminue à la vieillesse.

Les hommes ont une plus grande capacité
pulmonaire que les femmes (environ le
double). La raison est simple : ils ont une plus
grande taille.
Capacité pulmonaire

Volume courant (VC) : le volume d’air inspiré et expiré lors d’une
respiration normale.

Volume de réserve inspiratoire (CVI) : le volume d’air qui peut être inspiré
en plus du volume courant.
(VRI + VC)

Volume de réserve expiratoire (VRE) : le volume d’air qui peut être expiré
en plus du volume courant.
(VRE + VC)

Capacité vitale (CV) : le volume total de gaz échangeable. (VC + VRI +
VRE)

Volume résiduel (VR) : la quantité de gaz qui demeure dans les poumons
et les voies respiratoires après une expiration complète.
Volume d’air contenu dans les poumons (mL)
Temps
Ce diagramme, appelé « spirogramme », représente
la quantité maximale d’air échangeable pendant une
respiration, c’est-à-dire la capacité vitale
L’effet de l’altitude
Chez l’homme les effets de
l’altitude sont
principalement dus à la
diminution de la pression
partielle en oxygène dans
l’air inspiré, et à la baisse
de température.
En terme simple, on dit
qu’il y a anoxie :
basse concentration
d’oxygène dans le
sang.
L’effet de l’altitude

Lorsque l’altitude augmente, la pression atmosphérique
diminue, comme la pression de la cage thoracique peut
devenir supérieure en tout temps à la pression externe,
l’air ne peut plus être inhalé.

Les gens vivant à hautes altitudes se sont adaptés de deux
façons :
 plus grande cage thoracique
 plus grand nombre de globules rouges

Au niveau de la mer, le taux d’hématocrite d’un humain
est de 45%. À 5000m d'altitude, il peut atteindre 60%.
L’effet chez l’organisme

Réponse à court terme (quelques jours)
 Hyperventilation : augmentation de la fréquence respiratoire
 Tachycardie : augmentation de la fréquence cardiaque
 Diurèse plasmatique : éliminer une partie du plasma sanguin. Le plasma
est destiné à transporter les cellules sanguines.

Réponses à long terme (à partir d’environ 3 semaines)
 Augmentation importante du nombre de globules rouges

La Consommation maximale d’oxygène (également
nommée VO2 max) baisse en fonction de l’altitude, ainsi, à
0m (au niveau de la mer), l’homme est à 100% de ces
possibilités, alors qu’à 4 810m (sommet du Mt blanc) il ne
peut en disposer que de 70% et seulement 20% à 8 848m
(sommet de l'Everest).
Chez les athlètes
L'effet « augmentation de la quantité de
globules rouges » est particulièrement
recherché par certains sportifs, c'est la
raison majeure de l'organisation de stage en
altitude, parfois à plus de 3 000m; toutefois
cette polyglobulie peut entraîner, en certains
cas un excès de globules rouges, la formation
de caillots sanguins peut alors obstruer les
veines et entraîner la mort.
Narcose à l’azote (ou ivresse des profondeurs)
N.B. L'azote, à forte dose dans le
sang, provoque des troubles nerveux
appelés ivresse des profondeurs.
Si le plongeur remonte à la
surface trop rapidement, des
bulles se forment aux
articulations et parfois des
dommages au cerveau.
L'air délivré aux
poumons par le
détendeur a la même
pression que celle de
l'eau.
Intoxication par le CO
Le monoxyde de carbone (CO) est
produit lors de combustion
incomplète
Les globules rouges ont 200 fois plus
d’affinité pour lui que pour l’oxygène.
Une anoxie (manque d’oxygène au
cerveau) de 5 minutes entraîne des
dégâts permanents ou la mort.
Le traitement consiste à administrer
de l’oxygène pur, mais le
rétablissement est lent, car le sang
ne se débarasse que graduellement
du CO.
Pourquoi le bébé pleure-t-il à sa
naissance?

Lorsque le bébé vient au monde, ses
poumons ne se sont jamais rempli d'air
auparavant. Ils sont complètement repliés
sur eux-même, un peu comme un sac
poubelle lorsqu'on vient de le détacher du
rouleau.

Lorsque le bébé prend la première
inspiration de sa vie, ses poumons se
déplient pour la première fois, et c'est très
douloureux, ce pourquoi il arrive qu'il
pleure.

Il faut toutefois noter que pas tous les
bébés ne pleurent à sa naissance.
La cigarette

Paralyse temporairement les cils de la trachée et les empêche
d’expulser les particules étrangères.

Même les gens qui ne fument pas beaucoup ont tendance à tousser
et à ronfler plus que les gens qui ne fument pas du tout.

La concentration de monoxyde de carbone dans la fumée de
cigarette est 1000 fois la concentration reconnue comme nocive.

Ceci veut dire que les fumeurs
souffrent constamment d’une
légère intoxication par le monoxyde
de carbone.
La cigarette

4 000 substances chimiques présentes dans la fumée de
cigarette.

Plus de 40 de ces substances sont cancérogènes chez l’être
humain.

Les personnes qui fument un paquet de cigarettes par jour
absorbent plus de 250 ml de goudron par année.

Cette substance recouvre les poumons d’une matière
noirâtre et collante et constitue un facteur important du
cancer du poumon.
La cigarette et le sport

Le tabagisme nuit à la forme physique des jeunes,
autant sur le plan des performances qu'au niveau de
l'endurance même chez les fumeurs qui s'entraînent
pour des compétitions d'athlétisme.

Les jeunes adultes fumeurs ont un rythme cardiaque
(au repos) de deux ou trois battements plus élevé
que les non-fumeurs. Il peut constater une
accélération du pouls au repos après avoir fumé 2
cigarettes.
L’autopsie d’un meurtrier
Substances cancérogènes connues
Une comparaison intéressante…
Poumons normaux
Poumons d’un fumeur
Quiz

À faire avec les élèves
http://www.cegep-septiles.qc.ca/suzannebanville/bio401.html
Devoirs

p.451
# 7, 9, 11

p.454
#17, 18

p. 456
#1, 2, 3, 5, 7, 9*, 11*