LE SYSTÈME RESPIRATOIRE

Système respiratoire
1 Introduction
2 La respiration pulmonaire
2.1 Les voies respiratoires
2.1.1 Le nez
2.1.2 Le pharynx
2.1.3 Le larynx
2.1.4 La trachée
2.1.5 L'arbre bronchique
2.1.6 Les poumons et la plèvre
2.2 Les muscles respiratoires
3 Les échanges gazeux
4 Les mouvements respiratoires
4.1 L' inspiration
4.2 L' expiration
5 L' épuration pulmonaire
5.1 Un filtre autonettoyant
5.2 Le tissu lymphoïde
5.3 Les macrophages alvéolaires
6 La régulation de la respiration
7 La capacité pulmonaire
8 Les différents modes respiratoires chez les animaux
8.1
8.2
8.3
8.4
8.5
Les organismes unicellulaires
Les vers
Les animaux aquatiques
Les insectes
Les vertébrés terrestres
9 Les pathologies respiratoires
9.1 Pathologies infectieuses
9.2 Asthme
9.3 Pneumoconioses
9.4 Cancers
9.5 Mucoviscidose
9.6 Embolie
9.7 Emphysème pulmonaire
1 Introduction
Chaque cellule de notre corps capte de l'oxygène et du sucre et rejette du gaz carbonique et de l'eau.
Ce phénomène vital est la source d'énergie dont la cellule a besoin pour accomplir ses fonctions orga­
niques. On peut donc définir la respiration comme la consommation d'oxygène et l'élimination de
gaz carbonique en rapport avec la libération de l'énergie dans les cellules vivantes. Mais les
échanges gazeux dépendent d'une deuxième fonction : l'épuration. C'est un rôle essentiel qui assure
la bonne qualité de l'air qui arrive dans les alvéoles pulmonaires en éliminant les nombreuses parti ­
cules qui polluent l'air inhalé.
La respiration est donc une fonction vitale, puisque toutes les autres fonctions de notre corps dé­
pendent d'un apport constant d'oxygène. Cet apport doit être ininterrompu, à la différence de celui de
la nourriture et de l'eau. Un arrêt de la fonction respiratoire produit au bout de quelques minutes des
dégâts irréversibles, notamment dans le cerveau. De même, les déchets doivent être éliminés rapide ­
ment : l'accumulation du gaz carbonique produit également des troubles importants du cœur et du cer­
veau.
Les cellules de notre organisme n'ont pas de contact direct avec l'air ambiant. Par conséquent, pour
assurer la respiration tissulaire, des étapes doivent
permettre le passage de l'oxygène de l'air atmo­
sphérique au sang et le passage du gaz carbonique
des tissus au milieu extérieur.
La respiration comprend donc:
­ l'admission de l'air dans les poumons ;
­ le passage de l'oxygène de l'air dans le sang ;
­ le transfert de l'oxygène du sang dans les cel­
lules ;
­ le métabolisme du glucose et de l'oxygène ;
­ le transport du gaz carbonique vers les poumons
pour qu'il soit éliminé.
Chez l'homme, on parle de respiration à deux ni­
veaux :
 la respiration pulmonaire ou externe
(échange gazeux entre l'air et le sang). Les
poumons, organes principaux de la respira­
tion externe, ont donc la fonction de fournir
l'oxygène nécessaire pour l'ensemble des
processus vitaux et d'éliminer le produit de
dégradation de métabolisme, le CO2.

la respiration cellulaire ou interne
(échange gazeux entre le sang et les
tissus). Les cellules ont un besoin constant
en énergie pour assurer l'ensemble de leurs
fonctions. Cette énergie est fournie sous
forme d'ATP qui provient de l'oxydation des
composés de l'alimentation. La production
d'ATP consomme donc de l'oxygène. Cer­
taines cellules, comme les cellules du cer­
veau, supportent très mal l'absence d'oxy­
gène. Si l'absence d'oxygène se prolonge,
les fonctions cellulaires s'arrêtent progressivement, les cellules meurent et les tissus organes
subissent des dommages irréversibles.
La respiration interne se passe dans les mitochondries :
sucre + oxygène
eau + gaz carbonique + énergie (ATP)
1
La respiration externe est donc une condition nécessaire à la respiration interne.
2
La respiration pulmonaire
La respiration pulmonaire se fait grâce à deux grands groupes d'organes:

les voies respiratoires :
­ les voies aériennes supérieures : nez, pharynx.
­ les voies aériennes inférieures : larynx, trachée, bronches, poumons.

les muscles respiratoires : diaphragme, muscles intercostaux, muscles abdominaux.
Les voies respiratoires vont acheminer l'air en le purifiant, en le réchauffant et en l'humidifiant. Cet air
est amené vers une deuxième zone qui est la zone respiratoire où ont lieu les échanges gazeux (pou­
mons).
2
2.1
Les voies respiratoires
2.1.1 Le nez
Le nez est la seule partie visible du système respiratoire (narines, cloison nasale, ailes du nez). La
partie interne du nez, représentée par les fosses nasales, est nettement plus importante. Les fosses
nasales sont des cavités irrégulières dont les parois chaudes et humides portent des replis (cornets)
qui augmentent la surface de contact avec l'air. Les fosses nasales ont principalement trois fonctions :
­ réchauffement, épuration et humidification de l’air inspiré,
­ hébergement de l’organe de l’olfaction,
­ caisse de résonance pour la voix.
Pour remplir ces fonctions, la paroi des fosses nasales est recouverte d’une muqueuse à la surface de
laquelle se trouve un épithélium cilié. Les cils vibratiles se meuvent de manière rythmique dans la di­
rection de l’orifice narinaire externe afin de pouvoir évacuer vers l’extérieur les corps étrangers rete­
nus par la muqueuse. Entre les cellules épithéliales ciliées se trouvent des cellules muqueuses (qui
produisent du mucus). Ainsi, l’épithélium assure une épuration et une humidification de l’air inspiré.
Son réchauffement est assuré par un réseau dense de fins vaisseaux sanguins au niveau de la mu­
queuse nasale. Plus l’air inspiré est froid, plus la muqueuse sera vascularisée et plus de ce fait l’air
sera réchauffé. Beaucoup de ces avantages sont perdus si l'on respire par la bouche.
Sous le toit des fosses nasales se trouve la muqueuse olfactive, avec les cellules olfactives. Ces cel ­
lules sont les corps cellulaires du nerf olfactif qui transmettent au centre olfactif cérébral les modifica ­
tions d’odeurs de l’air inspiré.
2.1.2 Le pharynx
C'est la partie supérieure des voies aériennes et du tractus digestif. Il relie les ouve rtures de quatre
zones : la cavité buccale, la cavité nasale, le larynx et l'œsophage. L'épiglotte sert de système d'ai ­
guillage de ce carrefour entre les voies aériennes et les voies digestives. Lors de l'inspiration et de
l'expiration, l'épiglotte reste redressée. Lors de la déglutition, le larynx se ferme grâce à l'épiglotte qui
forme un toit protecteur au niveau de l'entrée du larynx.
On divise le pharynx en trois parties : nasale, orale, laryn­
gée.
La partie nasale contient les amygdales qui détruisent les
éléments pathogènes (microbes). Pendant la déglutition la
luette va s'élever et empêcher le refoulement des aliments
vers le haut.
La partie orale va véhiculer les aliments et l'air inspiré.
Cette partie du pharynx contient également des amyg­
dales. Une inflammation de ces amygdales est appelée
angine.
La partie laryngée laisse passer l'air et les aliments jus­
qu'au larynx où les deux voies vont se séparer.
2.1.3 Le larynx
Le larynx a deux fonctions :
- il ferme les voies aériennes inférieures et régule leur
ventilation ;
- il est l'organe principal de la formation de la parole.
C'est la portion élargie supérieure de la trachée. Il forme
une saillie au niveau du cartilage thyroïde, visible de l'ex­
3
térieur du cou, communément appelé "pomme d'Adam".
Le larynx est beaucoup plus gros chez l'homme que chez
la femme.
Il a pour fonction d'obstruer la trachée lors de la déglutition
afin d'éviter que les aliments ne passent dans les voies
respiratoires et de faciliter la déglutition en s'élevant
contre le fond de la langue. Lorsqu'on avale de la nourri­
ture, le larynx remonte jusqu'à ce qu'un repli appelé épi­
glotte vienne s'appliquer sur la glotte afin de l'obstruer. En
même temps, le palais mou et son extrémité, la luette, re­
culent pour bloquer le passage de l'air qui provient des ca­
vités nasales. Si une autre substance que l'air pénètre
dans le larynx, le réflexe de la toux se déclenche pour ex­
pulser ce qui dérange.
Le larynx contient les cordes vocales et permet la vocali­
sation en faisant vibrer ces cordes à hauteur désirée
lorsque l'air traverse le larynx.
2.1.4
La trachée
Elle suit le larynx et se termine au milieu du thorax en se
divisant en deux pour donner les deux bronches souches.
C'est un tuyau musculeux qui mesure en moyenne 11 cm
de long et qui est maintenu ouvert par 16­20 anneaux car­
tilagineux en forme de C. Il est tapissé de cils vibratiles
dont les battements transportent les poussières vers la
bouche. Des réflexes, comme la toux et l'éternuement, aident à nettoyer les voies respiratoires supé ­
rieures. Quand l'air est surchargé d'impuretés, les narines et la trachée ne peuvent capter toutes les
particules et certaines parviennent aux poumons. C'est ce qui explique la différence qu'on observe
entre les poumons d'une personne vivant à la campagne et ceux d'une personne habitant une région
industrielle.
2.1.5 L’arbre bronchique
L'extrémité inférieure de la trachée se divise en deux ramifications, les bronches. Chacune d'elle pé­
nètre dans les poumons et se subdivise en un certain
nombre de bronches secondaires qui vont donner un
nombre de plus en plus grand de bronchioles. Ces
bronchioles vont aboutir à de petits canaux entourés
de petits sacs d'air ou alvéoles. Le mince épithélium
qui recouvre les millions d'alvéoles pulmonaires sert
de surface respiratoire.
2.1.6 Les poumons et la plèvre
Les poumons sont situés dans la cage thoracique et
séparés l'un de l'autre par un espace où se trouvent le
cœur, l'œsophage et les gros vaisseaux sanguins.
L'extrémité supérieure du poumon est située en arrière
de la clavicule. La face inférieure du poumon ou base
repose sur le diaphragme et la face interne de chaque
poumon possède les hiles dans lesquels pénètrent les
vaisseaux sanguins des circulations pulmonaires et
systémiques, les vaisseaux lymphatiques, les
bronches et également les nerfs.
Comme le cœur est légèrement incliné vers la gauche, les deux poumons n'ont pas tout à fait la
même forme ni la même dimension. Le poumon gauche est plus petit, sa face interne comporte la
4
scissure cardiaque qui est en fait la trace du cœur sur le
poumon. Il est divisé en deux lobes (supérieur et infé­
rieur) alors que le poumon droit comprend trois lobes
(supérieur, moyen et inférieur). Ils sont divisés en lobes
par des "scissures" visibles sur leur face externe.
Chaque lobe pulmonaire est encore divisé en segments
pulmonaires (10 segments par poumons) qui possèdent
leur artère et leur veine. Ceci empêche la plupart des
maladies pulmonaires de toucher l'ensemble du
poumon : en général un seul poumon est atteint. Il est
d'ailleurs possible de retirer par chirurgie les segments
lésés sans mettre en danger l'ensemble du poumon.
Chaque segment se subdivise en deux, trois sous seg­
ments, et ainsi de suite jusqu'aux lobules pulmonaires,
pyramides dont la base est située sous la plèvre et dont
le sommet, tourné vers l'extérieur, reçoit une bronchiole.
Chaque bronchiole se ramifie à l'intérieur de son lobule.
Les poumons sont deux organes spongieux, sans tissu musculaire, entourés par une double mem­
brane, la plèvre, composée de deux feuillets étroitement appliqués l'un sur l'autre. Un des feuillets de
la plèvre est intimement accolé aux poumons, l'autre tapisse l'intérieur de la cage thoracique. Ces
membranes sécrètent un mucus dont les propriétés lubrifiantes facilitent le déplacement des poumons
au cours des mouvements respiratoires. Les plèvres sont en contact étroit sauf dans la pleurésie (in ­
flammation des plèvres).
La plus grande partie des poumons est formée d'alvéoles (chaque poumon en contient env. 300 mil­
lions). Elles sont larges d'un quart de millimètres à peine et sont regroupées en grappe de raisins.
Elles forment une grande surface de contact avec l'air (100 m 2). Leur paroi est très mince, tapissée
d'une substance qui l'empêche de se coller à elle­même, richement pourvue de capillaires sanguins,
et c’est à ce niveau que se font les échanges entre l'air et le sang. Seul l'air contenu dans les al­
véoles participe aux échanges gazeux. Les alvéoles doivent être propres, car les particules nocives
qu'elles pourraient contenir passent rapidement dans le sang. Une armée de globules blancs s’at­
taque aux bactéries et autres particules étrangères.
2.2
Les muscles respiratoires
La respiration pulmonaire est assurée
par les muscles intercostaux, les
muscles abdominaux et le dia­
phragme. Le diaphragme est le princi­
pal muscle responsable de la respira­
tion. C'est un muscle plat, large et ar­
rondi, qui forme une coupole qui s'en­
fonce dans la cage thoracique et qui
constitue la frontière entre cette der­
nière et la cavité abdominale. Il est at­
taché à la paroi abdominale, aux ver­
tèbres lombaires, aux dernières côtes,
au sternum et au péricarde du cœur et
sépare la cavité thoracique de la cavi­
té abdominale. Le diaphragme à la
forme d'une coupole. Les contractions
et dilatations des muscles permettent
la variation du volume de la cage tho­
racique (cf. chap. 4).
3. Les échanges gazeux
5
Les échanges gazeux se font au niveau des alvéoles. Ces dernières sont entourées d'un réseau réti­
culé de fins vaisseaux sanguins, les capillaires de la circulation pulmonaire.
La diffusion est le principal facteur qui permet l'échange des gaz entre l'air alvéolaire et le sang des
capillaires. L'air atmosphérique contient peu de CO 2, alors que le sang qui circule dans les capillaires
pulmonaires (il y a trois capillaires par alvéole) en est saturé; c'est pourquoi le CO 2 diffuse du sang
vers l'alvéole. C'est le phénomène inverse pour l'oxygène : le sang des capillaires pulmonaires est
pauvre en O2 alors que l'air alvéolaire en contient beaucoup et cela pousse l'O2 à diffuser vers le sang.
Dans les tissus, la situation sera inversée : le sang qui arrive sera riche en oxygène, alors que les cel­
lules contiendront du gaz carbonique. L'oxygène passera donc dans les cellules et le gaz carbonique
dans le sang. Ceci constitue la respiration cellulaire.
Une grande partie de l'oxygène qui pénètre dans le sang se combine à l'hémoglobine des globules
rouges pour former l'oxyhémoglobine. Chaque molécule d'hémoglobine contient quatre chaînes poly­
peptidiques dont chacune est repliée autour d'un groupement hème, structure contenant du fer. C'est
en fait ce fer qui s'associe avec l'oxygène.
4. Les mouvements respiratoires
Comme il n'y a aucun tissu muscu­
laire dans les poumons, ils ne
peuvent ni se gonfler, ni se contracter
par eux­mêmes. Mais grâce aux
plèvres, ils sont intimement liés à la
cage thoracique. Ce sont donc les
variations de volume de la cage tho­
racique qui sont responsables des
mouvements de l'air dans les pou­
mons.
4.1 L’inspiration
C'est l'aspiration d'air dans les pou­
mons. Cela se produit chaque fois
que la cage thoracique subit une
augmentation
de
volume
(de
quelques millimètres dans chaque di­
rection), ce qui crée un appel d'air
dans les poumons (la pression de
l'air dans les alvéoles s'abaisse jus­
qu'à une valeur inférieur à la pres­
sion atmosphérique).
Le volume de la cage thoracique
augmente par suite des phénomènes
suivants : contraction des muscles in­
tercostaux, soulèvement et écarte­
ment des côtes, relâchement des
muscles abdominaux, abaissement
du diaphragme, augmentation du vo­
lume du thorax.
4.2 L’expiration
L'expiration normale chez un individu est un phénomène passif qui est surtout dû à l'élasticité des
poumons. C'est l'expulsion d'air hors des poumons. Cela est dû à une diminution du volume de la
cage thoracique. Lorsque les muscles intercostaux se relâchent, les poumons subissent une compres­
sion, et l'augmentation de pression qui se produit alors dans les alvéoles repousse l'air vers l'entrée
du système respiratoire et le fait sortir par les narines et la bouche.
6
L'expiration se réalise grâce aux phénomènes suivants : relâchement des muscles intercostaux, élé­
vation du diaphragme, contraction des muscles abdominaux, diminution du volume du thorax.
5. L’épuration pulmonaire
L'air ambiant est un mélange de
deux gaz, l'azote pour 80 %, l'oxy­
gène pour 20 %; mais il est chargé
d'autres gaz : gaz carbonique,
oxyde de carbone, poussières mi­
nérales, végétales et animales. Sa
température est variable ainsi que
son degré d'humidité.
Or les voies respiratoires doivent
apporter aux poumons un air
exempt d'impuretés, à une tempéra­
ture et un degré d'humidité parfaite­
ment adaptés. Il importe donc que
l'appareil respiratoire dispose d'un
système d'épuration perfectionné.
5.1 Un filtre autonettoyant
Depuis les fosses nasales jusqu'aux
petites bronches, les voies respiratoires sont tapissées par un même revêtement. Celui­ci est compo­
sé de deux sortes de cellules : des cellules ciliaires (80 %) qui vibrent en permanence et des cellules
(20%) qui sécrètent un mucus.
L'action conjuguée de ces deux types de cellules réalise un merveilleux système d'épuration. Le mu ­
cus enrobe les poussières et débris de toutes sortes, les cils vibratiles conduisent ce mucus (pour les
voies aériennes inférieures) de bas en haut jusqu'au pharynx, où il est éliminé par voie digestive. Pour
les voies aériennes supérieures, les grosses particules sont rejetées vers l'extérieur avec le mucus
nasal par le mouchage et l'éternuement.
5.2 Le tissu lymphoïde
Ce tissu a pour rôle de sécréter des substances, les anticorps, qui s'attaquent de façon spécifique aux
agresseurs. Il est disséminé tout au long de l'arbre bronchique. Il est particulièrement abondant au ni­
veau du pharynx, où les amygdales sont placées comme des sentinelles antimicrobiennes à l'entrée
des voies respiratoires. Elles sécrètent des anticorps qui agglutinent et neutralisent les microbes qui
peuvent être ainsi éliminés avec le mucus par le mouvement des cils de la muqueuse respiratoire.
5.3 Les macrophages alvéolaires
Les particules de petite taille, inférieure à 2 microns, ne sont pas arrêtées par les systèmes d'épura­
tion précédents, et pénètrent dans le poumon. Elles vont alors s'accumuler dans les culs de sac alvéo­
laires où elles vont persister pendant des mois. L'épuration est assurée à ce niveau par des cellules
spécialisées, les macrophages alvéolaires, qui vont les attaquer, les englober et les rejeter vers l'exté­
rieur. Il faut 1 à 3 mois pour éliminer les particules qui pénètrent dans le poumon.
6. La régulation de la respiration
Bien que nous soyons capables de retenir notre respiration volontairement pour un court instant ou de
respirer consciemment plus vite et plus profondément, notre respiration est normalement régie par des
mécanismes automatiques.
7
Le centre de régulation se situe dans le bulbe rachidien, la partie du tronc cérébral qui s'unit à la
moelle épinière. Ce centre de la respiration commande la totalité de la musculature respiratoire en en­
voyant des influx qui déclenchent la contraction des muscles respiratoires et des muscles accessoires
par l’intermédiaire de la moelle cervicale et des nerfs périphériques. Des récepteurs de tension au ni­
veau des alvéoles pulmonaires envoient des stimuli, en cas de tension forte ou d’aplatissement, qui
entraînent à chaque fois le mouvement contraire (la tension entraîne une expiration, lors d’un aplatis­
sement se déclenche une inspiration). Un ajustement fin de la respiration est assuré grâce aux récep­
teurs de tension présents dans les muscles intercostaux.
La fréquence respiratoire varie de 16 à
32 cycles par minute selon l'activité et
l'âge de l'individu. En plus de recevoir
des influx du système nerveux, le
centre respiratoire équilibre le pH san­
guin, qui commence à chuter légère­
ment lorsque la quantité de CO 2 aug­
mente (le CO2 réagit avec l'eau pour
former l'acide carbonique qui abaisse
le pH). Quand le centre reçoit le signal
d'une hausse de CO2 (une diminution du
pH), la fréquence et l'amplitude respiratoire augmentent. C'est ce qui se produit
lorsque nous faisons de l'exercice.
7. La capacité pulmonaire
Remplis à pleine capacité, les pou­
mons contiennent environ 5 à 6 litres
d'air.
Les mouvements d'inspiration et d'ex­
piration normaux n'en déplacent ce­
pendant environ qu'un demi­litre (500 ml) ð volume courant.
Au cours d'une inspiration forcée
on peut inspirer 3 litres d'air
(3000 ml) ð volume de réserve
inspiratoire.
Lors d'une expiration forcée,
nous pouvons expulser 1 litre
(1000 ml) d'air de plus qu'à la fin
d'une expiration normale ð vo­
lume de réserve expiratoire.
Nos poumons ne se vident ja­
mais totalement, afin que les al­
véoles ne risquent pas de se col­
ler. Il reste toujours environ 1,1
litre (1100 ml) d'air dans nos
poumons ð volume résiduel.
La capacité vitale est la quantité
totale d'air que l'on peut échan­
ger. La capacité vitale est égale
au volume de réserve inspiratoire
+ le volume courant + le volume
de réserve expiratoire (3000 ml + 500 ml + 1000 ml = 4500 ml)
8
La capacité pulmonaire totale est la somme de tout ce que peuvent contenir les poumons ; elle est
de l'ordre de 5,6 litres, avec des variations selon le sujet (âge, morphologie….).
Une partie de l'air inspiré va remplir tous les conduits (qui ne participent jamais aux échanges
gazeux), c'est l'espace mort anatomique qui est de l'ordre de 150 ml. On en conclu que le volume qui va
réellement passer dans les poumons lors d'une inspiration normale ne sera plus de 500 ml (volume courant) mais
de 350 ml.
8. Les différents modes respiratoires chez les ani­
maux
Pour assurer la respiration cellulaire, les animaux requièrent un
approvisionnement continu en oxygène et doivent expulser le gaz
carbonique (CO2), le déchet de la respiration cellulaire. L'atmo­
sphère, formé à environ 21 % de molécules de O 2, constitue le
principal réservoir d'oxygène de la Terre. Les océans, les lacs et
autres plans d'eau contiennent aussi de l'oxygène. Le milieu respi­
ratoire est l'air pour un animal terrestre et l'eau pour un animal
aquatique.
Pour que le phénomène respiratoire puisse se produire, il faut
donc que l'eau ou que l'air contienne de l'oxygène. Afin que les
échanges gazeux puissent se faire, il faut que la surface
d'échange soit humide, peu épaisse, mais de grande superficie.
Suivant que l'animal mène une vie aquatique ou non, il existe des
modes d'adaptation particuliers.
8.1 Les organismes unicellulaires
Les échanges se produisent sur l'ensemble de la surface externe.
8.2 Les vers
Ils respirent à travers toute leur surface corporelle (respiration
cutanée).
Juste sous leur peau se trouve un réseau de petits vaisseaux san­
guins appelés capillaires. Ceux­ci vont prendre l'oxygène de l'ex­
térieur et faire ressortir le gaz carbonique. Comme la surface res­
piratoire de tout animal doit être constamment humide, les vers
doivent vivre dans l'eau ou dans des endroits humides.
8.3 Les animaux aquatiques
Même lorsque l'eau est saturée d'air, elle contient environ 20 fois
moins d'oxygène que l'air. Cela signifie que tout animal aquatique
a besoin d'avoir un moyen beau­ coup plus efficace de puiser l'oxy­
gène que celui d'un animal terrestre.
Presque tous les animaux aquatiques respirent grâce à des bran­
chies internes ou externes bien vascularisées.
9
Chez les invertébrés, les branchies ne sont que des excroissances de la surface corporelle. Dans cer­
tains cas les branchies possèdent une forme simple (étoiles de mer : petites vésicules faisant saillie à
travers la surface dorsale de l'exosquelette). Chez de nombreux vers marins segmentés, les bran­
chies sont des replis qui s'étendent sur les côtés de chaque segment. Au lieu de se répartir sur tout le
corps, les branchies complexes de nombreux autres animaux occupent une région localisée où la
peau forme une surface respiratoire plumeuse très étendue (mollusques, crustacés….)
Chez les vertébrés, comme les poissons, les branchies sont des excroissances du tube digestif.
Les branchies internes des poissons constituent un système tout à fait remarquable d'optimisation des
échanges gazeux car elles offrent une très grande surface d'échanges entre le sang et l'eau.
Chez les poissons osseux les branchies reçoivent continuellement un courant d'eau qui entre par la
bouche, traverse le pharynx par des fentes, circule sur les branchies et sort à l'arrière de l'opercule. La
disposition des capillaires dans les branchies d'un poisson favorise également les échanges gazeux.
Le sang circule dans ces capillaires en direction opposée à celle de l'eau dans les branchies. Cette
caractéristique permet de transférer l'oxygène au sang par un processus très efficace appelé échange
à contre­courant. Ce mécanisme d'échange à contre­courant est tellement efficace que les branchies
peuvent capter plus de 80% de l'oxygène dissous dans l'eau qui circule sur la surface respiratoire.
1
En résumé, les poissons sont capables d'extraire des quantités im­
portantes d'oxygène à partir de ressources relativement limitées of­
fertes par le milieu aquatique. Tous les poissons ne respirent pas uni­
quement par des branchies. Certains possèdent en plus des pou­
mons. Ces poissons vivent dans des eaux souvent soumises à l'as­
sèchement. La respiration pulmonaire supplée alors la respiration
branchiale.
8.3 Les insectes
Les insectes et certaines araignées possèdent un système respira­
toire qui apporte l'air directement aux cellules de l'organisme.
Ils ont un système respiratoire relativement simple appelé système
trachéen. Les trachées sont de minuscules tubes aériens qui se ra­
mifient dans tout le corps de l'insecte. Les plus petites ramifications
(trachéoles, cellules trachéolaires) atteignent la surface de presque
chaque cellule, où les gaz sont échangés par diffusion à travers l'épi­
thélium humide qui recouvre les extrémités terminales du système
trachéen. Ce dernier s'ouvre sur l'extérieur par les stigmates, de minuscules pores répartis sur la sur­
face corporelle de l'insecte.
Les insectes n'ont pas besoin d'utiliser leur système circulatoire pour transporter l'oxygène et le gaz
carbonique puisque le système trachéen apporte l'oxygène à toutes les cellules.
8.5
Les vertébrés terrestres
Chez les vertébrés terrestres, il existe des cavités internes très vasculari­
sées qui forment ce qu'on appelle les poumons. Ceux­ci ne sont pas très
développés chez les amphibiens car la peau joue un rôle respiratoire im­
portant. La peau des Amphibiens, tout comme celle des vers de terre, doit
être fine et humide; c'est la raison pour laquelle ces animaux ne peuvent
survivre qu'en terrain humide.
La surface interne de l'appareil respiratoire est plus importante chez les
reptiles que chez les amphibiens. Chez les oiseaux et les mammifères,
cette surface est encore plus élaborée car il existe de nombreux tubules et
d'innombrables cavités.
1
9. Les pathologies respiratoires chez l’homme
Les pathologies respiratoires ou pneumopathies regroupent des affections très différentes, d'évolu­
tion aiguë ou chronique. Au niveau mondial (selon les estimations de 1993 de l'OMS) les infections ai ­
guës des voies respiratoires inférieures chez les moins de 5 ans tuaient plus de 4 millions d'enfants
par an, la tuberculose 2,7 millions de personnes, les pneumopathies obstructives chroniques (bron­
chites chroniques, emphysème, asthme) 2,9 millions de personnes, les cancers de la trachée, des
bronches et des poumons 1 milliard de personnes. En France, les maladies respiratoires sont respon ­
sables de 37'000 décès chaque année où 7 personnes sur 100 souffrent de maladies respiratoires.
Les bronchites aiguës sont les plus fréquemment observées (54%), suivies de l'asthme (21%). Des
bronchites chroniques (8%) et de l’emphysème (0,5%). Aux Etats­Unis, les maladies respiratoires
liées à La pollution de l'air occasionnent un coût estimé entre 40 et 50 milliard de $ tuant prématuré ­
ment entre 50'0000 et 120'0000 personnes.
Les causes des pathologies respiratoires sont multiples et souvent liées :
­ les pathologies infectieuses occasionnées par des virus ou des bactéries sont favorisées par la
pollution de l'air, les conditions de logement, les immunodéficiences (SIDA et SNIDA), la malnutri­
tion voire une mauvaise hygiène, ainsi que la proximité avec certains animaux (grippe, SRAS) ;
­ la qualité de l'air peut être à l'origine d'allergies (asthme, rhume des foins) ;
­ la pollution de l’air par des poussières sur les lieux de travail donnent lieu à des pneumoco­
nioses ;
­ les cancers sont favorisés par certains comportements (tabagisme) et un environnement pollué
(habitations enfumées des pays pauvres) ;
­ certaines pathologies découlent de dispositions génétiques (mucoviscidose) ;
­ les embolies sont souvent la conséquences de pratiques médicales ;
­ les emphysèmes pulmonaires sont la conséquence de maladies pulmonaires chroniques.
Les pneumopathies obstructives chroniques comprennent les bronchites chroniques, l’emphysème
pulmonaire et l’asthme. Elles constituent la principale cause de morbidité (invalidité) et de mortalité en
Amérique du Nord. Elles touchent en priorité les fumeurs et causent des difficultés respiratoires crois­
santes accompagnées de toux et d’infections pulmonaires.
9.1 Pathologies infectieuses
Les pathologies infectieuses sont principalement dues à des virus et bactéries (exceptionnellement
des protozoaires).
• Pneumonie
infection aiguë des voies res­
piratoires (alvéoles notam­
ment)
mortalité : 4 millions/an (princi­
palement des enfants de
moins de 5 ans)
- agents pathogènes : les bacté­
ries Streptococcus pneumo­
niae et Haemophilus influen­
zae
symptômes : frissons, fièvre,
vomissements, convulsions
facteurs aggravants : poids in­
suffisant à la naissance, mal­
nutrition, autres infections
• Rougeole
mortalité : 1 million
d’enfants/an
agent pathogène : virus
symptômes : fièvre, rougeurs,
pneumonie, diarrhée, encé­
phalite
facteurs aggravants : malnutri­
tion
• Coqueluche
infection du nez et de la gorge
mortalité : 355'000 enfants/an
agent pathogène : bactérie
symptômes : quintes de toux,
difficultés respiratoires (chant
du coq)
facteurs aggravants : malnutri­
tion, infections
• Méningite à méningocoques
infection du nez et de la gorge
mortalité : 35’000/an
agent pathogène : bactérie
symptômes : fièvre, maux de
tête, vomissements, raideur de
la nuque, coma, mort
• Diphtérie
infection du nez et de la gorge
mortalité : 8’000/an
agent pathogène : bactérie
(toxine)
­ symptômes : insuffisance car­
diaque, lésions du système ner­
veux, paralysie de la gorge
• Tuberculose
­ infections des poumons
­ mortalité : 3 millions d’enfants/an
­ agent pathogène : bactérie (ba­
cille de Koch : Mycobacterium tu­
berculosis)
­ symptômes quintes de toux, ex­
pectorations sanguinolantes,
douleurs thoraciques, essouffle­
ment, emphysème
­ facteurs aggravants : infection au
VIH, pharmacorésistance, pau­
vreté, malnutrition, surpeuple­
ment, mauvaise hygiène
• Grippe
­ mortalité : 10'000 à 40’000/an aux
Etats­Unis ; 1918­1919 (grippe
espagnole) : 20 millions de morts
­ agent pathogène : virus Myxovirus
influenza (plusieurs souches)
­ symptômes : maux de tête, fièvre,
douleur musculaire, maux de
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gorge, toux, pneumonie poten ­
tiellement mortelle
­ facteurs aggravants : hiver, saison
des pluies
­ la peste aviaire ou grippe du pou­
let inquiète l’OMS car l’agent pa­
thogène pourrait être très virulent
et rappeler la gripppe espagnole
• Rhinite (rhume)
­ inflammation des muqueuses na­
sales d’origine infectieuse ou al­
lergique (rhume des foins)
­ agent pathogène : virus de la
grippe Myxovirus influenza,
streptocoques, allergènes
• Bronchite
­ inflammation des bronches
­ agent pathogène : virus
­ symptômes : toux, expectorations,
emphysème
­ facteurs aggravants : tabagisme,
pollution de l’air
• Pneumonie à Pneumocystis cari­
nii
­ infection des poumons
­ agent pathogène : protozoaire
Pneumocystis carinii (maladie
opportuniste)
­ facteur déclenchant : immunodéfi­
cience (principalement infection
à VIH))
• SRAS (pneumopathie atypique ou
syndrome respiratoire aigu sé­
vère)
­ symptômes : fièvre, maux de tête
et douleurs musculaire, toux
sèche, insuffisance respiratoire
­ agent pathogène : coronavirus
­ ~1000 morts en 2003 ; plusieurs
milliers de personnes contami­
nées dans 32 pays (la Chine est
le plus touché)
­ vecteur: la civette
• Syndrome respiratoire du
Moyen­Orient
­ infection des poumons
­agent pathogène: coronavirus
(MERS­CoV)
­ 50% mortalité, mais peu conta­
gieux
• Anthrax ou maladie du charbon
(cf. annexe)
9.2 L’asthme
L’asthme, dont l’hérédité est un élément essentiel de son dé­
veloppement, est une affection pulmonaire chronique caracté­
risée par une difficulté respiratoire. Les personnes asthma­
tiques présentent une allergie (réaction anormale) des voies
respiratoires qui se rétrécissent et s’obstruent lorsqu’elles sont
irritées. Il existe deux facteurs susceptibles de déclencher une
crise d’asthme : les déclencheurs et les inducteurs.
Les déclencheurs irritent les voies aériennes et entraînent
une bronchoconstriction sans inflammation, immédiate mais
de courte durée. Les déclencheurs comprennent des stimuli
quotidiens tels l’air froid, la poussière, les odeurs fortes, les
perturbations émotionnelles, la fumée…
Les inducteurs provoquent une inflammation et une hyper­
réactivité bronchique qui peuvent durer longtemps. Ils sont des
allergènes comme le pollen, les acariens contenus dans les
squames d’animaux et la poussière domestique, les moisis­
sures. Les crises d’asthme sont de gravité variable, allant du
simple essoufflement jusqu’à l’insuffisance respiratoire impor­
tante.
Les symptômes sont : respiration siffante, toux, essouffe­
ment, insuffsance respiratoire, oppression thoracique
9.3 Pneumoconioses
Les pneumoconioses sont des maladies pulmonaires profes­
sionnelles dues à l’inhalation de poussières minérales.
• silicose :
­ inhalation de poussières de silice
ou quartz
­ symptômes : toux, expectora­
tions,
­ complications : insuffisance respi­
ratoire, emphysème, maladies in­
fectieuses (tuberculose, aspergil­
lose)
­ professions à risque : travail dans
les mines, les galeries, la céra­
mique, la métallurgie, la fonderie
• asbestose :
­ inhalation de poussières
(fibres) d’amiante
­ symptômes : essoufflement,
insuffisance respiratoire
­ complications : tuberculose,
cancer broncho­pulmonaire,
mésothéliome pleural (cancer
de la plèvre)
­ facteur aggravant : tabagisme
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9.4 Cancers
Les cancers sont des tumeurs malignes qui se développent, dans le cas présent, principalement dans
les poumons, mais peuvent toucher les voies respiratoires supérieures (gorge). Il s’agit d’un proces­
sus pathologique de multiplication anarchique de cellules qui se sont dédifférenciées, multiplication qui
échappe à tout contrôle et qui s’effectue au détriment des tissus et organes touchés.
• cancer des poumons
­ facteurs de risque : fumée du tabac (90% des cas), les
fumées des fourneaux familiaux (Tiers­Monde), le radon
(gaz radioactif) à l’intérieur des habitations en pierres et
béton (5% des cas).
• cancer du mesothélum ou mésothéliome
­ poussière d'amiante
• cancer de la gorge
­ facteur de risque : association du tabac et de l’alcool.
9.5 Mucoviscidose
La mucoviscidose ou fibrose kystique est une maladie génétique. C’est la maladie génétique la plus
fréquente en Europe et touche, chez les blancs, 1 enfant sur 2000 environ. Elle est due à la pré ­
sence d’un gène défectueux (gène CFTR) situé sur le chromosome 7. Le mucus sécrété par les
glandes intestinales, pancréatiques et bronchiques est trop visqueux ou épais ; les cils qui tapissent
l’épithélium bronchique sont paralysés et n’arrivent pas à évacuer le mucus. Les bactéries, piégées
dans ce mucus s’y développent et provoquent des infections. L’épaisseur du mucus qui s’accumule
ainsi que les infections qui en découlent bouchent les bronches et empêchent l’air de pénétrer norma­
lement dans les poumons. Les symptômes sont une toux chronique, des bronchites chroniques, un
emphysème, une insuffisance respiratoire. D’autres symptômes comprennent l’occlusion intestinale,
l’insuffisance pancréatique avec diarrhées chroniques et selles volumineuses et graisseuses (diges­
tion des graisses difficiles).
9.6 Embolies
L’embolie pulmonaire est une obstruction brutale
de l’une des artères pulmonaire. Elle est due à
la formation d’un caillot sur la paroi d’une veine
(presque toujours d’une veine profonde d’un
membre inférieur), caillot qui, libéré dans la cir­
culation sanguine, migre et s’arrête dans une ar­
tère pulmonaire. Les symptômes comprennent
une insuffisante respiratoire aiguë, une douleur
thoracique, une accélération du rythme car­
diaque,
et une angoisse. Les facteurs de
risque peuvent être un accouchement, un avor­
tement, une opération, une immobilisation (alite­
ment, fracture), une insuffisance cardiaque, un
cancer.
9.7 Emphysème pulmonaire
L’emphysème pulmonaire est une maladie très
fréquente chez les sujets de plus de 50 ans.
C’est une maladie des alvéoles pulmonaires, dé­
finie par l’augmentation de leur volume avec
destruction de leur paroi élastique, ce qui en­
traîne l’impossibilité de se vider complètement
de l’air qu’elles contiennent à l’expiration. Si elle
apparaît chez les personnes âgées sans mala­
dies préexistantes, l’emphysème est surtout fa­
vorisé par la fumée du tabac et la pollution at­
mosphérique, par les affections respiratoires
chroniques (asthme, bronchite chronique, pneu­
moconioses) et la tuberculose.
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