Physiologie Animale - Faculté des Sciences Oujda

Université Mohammed
Premier
Faculté Des Sciences
Département De Biologie
Oujda, Maroc
Année universitaire
2009 – 2010
www.sciences1.ump.ma
FILIERE SCIENCES DE LA VIE
Module de Physiologie Animale
Semestre 5
Physiologie
Animale
CHAPITRE IV
PHYSIOLOGIE DE LA
RESPIRATION
Professeurs.
Hassane MEKHFI
Abdelkhaleq LEGSSYER

SOMMAIRE
Introduction
Anatomie fonctionnelle du système respiratoire
Mécanique de la respiration
Inspiration
Expiration
Quantification de la respiration
Volumes respiratoires
Echanges respiratoires
Rappels et données
Echanges alvéolo-capillaires
Transport des gaz dans le sang
L’oxygène
Le gaz carbonique
Contrôles de la respiration
Contrôle nerveux
Contrôle humoral
Variation de la Po2
Variation de la Pco2

Introduction
Les animaux utilisent l'oxygène et
produisent le gaz carbonique lors de la respiration
cellulaire, qui a lieu au niveau des mitochondries.
L'oxygène est prélevé de l'atmosphère, le gaz
carbonique y est libéré. Ce chapitre retrace les
événements de transport de l'oxygène et du gaz
carbonique entre l'atmosphère et le sang d'une
part, et entre le sang et les tissus d'autre part.
Anatomie fonctionnelle du système
respiratoire
Le système respiratoire s'organise en un
ensemble de structures qui rend possible les
échanges gazeux entre le milieu extérieur et le
sang. Il est constitué par les poumons, les voies
aériennes aboutissant à ceux-ci et toutes les autres
parties de la cage thoracique qui sont
responsables des flux d'air dans les poumons.
Les poumons, au nombre de deux, sont
des structures élastiques organisés en sacs et en
tubes remplis d'air, et sont très richement
vascularisés.
Les voies aériennes sont tous les conduits
d'air depuis le nez ou la bouche jusqu'aux
poumons. Elles constituent la portion conductrice
d'air du système respiratoire. En empruntant
normalement le nez, l'air arrive au niveau du
pharynx. Ce dernier se divise en deux
ramifications : l'œsophage (voie des aliments) et
la trachée artère dont la première partie s'appelle
le larynx. La trachée se divise elle même en deux
bronches, pénétrant chacune un poumon. En
profondeur des poumons, ces bronches se
ramifient en tubes de plus en plus fins et
nombreux, les bronchioles, pour se terminer en
une multitude de petits sacs aveugles, les
alvéoles. C'est au niveau de celles-ci qu'ont lieu
des échanges gazeux avec le sang. Ces échanges
sont très rapides et importants grâce à la grande
surface d'échange entre capillaires sanguins et
alvéoles (135 m2) et à la minceur de la barrière
qui les sépare (0,2 µm). Une pression identique à
la pression atmosphérique, Patm, (0 mmHg)
règne dans les alvéoles, c'est la pression
alvéolaire (Palv).
Le système conducteur d'air assure entre
autre d'autres fonctions qui sont :
- Purification d'air des particules grâce au mucus
et aux cils de son revêtement épithélial,
- Protection contre des bactéries et tout autre
corps étranger présent dans l'air inspiré, et ceci
grâce à des cellules phagocytaires du système
conducteur,
- Réchauffement et humidification de l'air inhalé,
- Production des sons de la parole à la suite de la
vibration, par l'air, des cordes vocales du larynx.
- Variation de la résistance à l'écoulement de l'air,
suite à la contraction et au relâchement de la
musculature lisse de ce système.
La cage thoracique est un compartiment
renfermant les poumons et le cœur. Il est limité à
l'avant par le sternum, les 12 paires de côtes et les
muscles intercostaux. Vers le bas, un large
muscle squelettique appelé le diaphragme sépare
Chapitre. Physiologie de la respiration

la cage thoracique de l'abdomen. Une fine couche
cellulaire, la plèvre, tapisse fermement l'intérieur
de la cage thoracique et recouvre chaque poumon,
formant ainsi deux sacs non communicants.
L'espace fermé crée par la plèvre est rempli par le
liquide intrapleural, où règne une pression dite
pression intrapleurale (Pip). Celle-ci est
légèrement inférieure à la pression alvéolaire (- 4
mmHg). C'est cette différence de pression (Palv -
Pip = 4 mmHg) qui détermine les dimensions
pulmonaires. Toute précipitation d'air dans
l'espace intrapleural, à la suite par exemple d'une
percée dans la paroi thoracique, annule ce
gradient de pression et provoque un affaissement
des poumons.
Mécanique de la respiration
Le facteur déterminant de l'entrée et de la
sortie de l'air des poumons (ventilation) est la
différence de pression existant entre l'air
atmosphérique et l'air alvéolaire (Patm - Palv).
L'air entrant les poumons est une inspiration,
celui qui en sorte est une expiration.
Inspiration
L'inspiration ne commence qu'à la suite de
la contraction des muscles respiratoires
(diaphragme et muscles intercostaux
inspiratoires), conduisant à une dilatation de la
cage thoracique. Il en résulte une diminution de la
Pip, et par conséquent une élévation du gradient
de pression de part et d'autre de la paroi
pulmonaire (Palv - Pip), qui est repoussée vers
l'extérieur. Les poumons commencent ainsi à
augmenter leur volume. La Palv devient alors
inférieure à la Patm, ce qui entraîne un
écoulement d'air dans les poumons à partir de
l'atmosphère, jusqu'à ce que les deux pressions
s'égalisent (fin d'inspiration).
Expiration
A la suite du relâchement des muscles
inspiratoires (fin d'inspiration), la paroi de la cage
thoracique s'abaisse et les poumons se rétractent.
L'air dans les alvéoles est donc comprimé causant
une élévation de la Palv qui dépasse la Patm. L'ai
circule alors passivement des alvéoles vers le
milieu extérieur. C'est le phénomène d'expiration.
Entièrement passive au repos, l'expiration peut
être active par suite de la contraction des muscles
expiratoires lors des activités intenses (exercice
musculaire par exemple).
Quantification de la respiration
La quantité d'air qui s'écoule ou ressort
des poumons dépend directement :
- du gradient de pression entre l'atmosphère et les
poumons (Patm - Palv),
- de la résistance à l'écoulement d'air (R) dans les
voies respiratoires conductrices (inversement
proportionnelle à leur rayon).
On définit par débit respiratoire(D), la
quantité d'air échangé par unité de temps entre
l'atmosphère et les poumons. Ce débit est
quantifié à partir de l'équation d'écoulement de
masse :

D = (Patm - Palv) / R
Normalement, lors de la contraction des
muscles inspiratoires, la paroi de la cage
thoracique s'élève et le volume des poumons
augmente. La différence de pression, (Patm -
Palv), est plus grande et le dédit respiratoire est
important.
Quant à la résistance à l'écoulement d'air,
elle est surtout contrôlée par le rayon des voies
respiratoires. Comme dans les conduits
circulatoires, plus ces voies sont rétrécies, plus
l'air circule difficilement. La résistance à
l'écoulement d'air est alors grande et le débit d'air
est faible. La viscosité de l'air et la longueur des
voies respiratoires interviennent d'une façon très
négligeable.
Lors des respirations normales, la
résistance totale à l'écoulement est si petite qu'il
suffit que de très faibles variations du gradient de
pression (Patm - Palv), (inférieur à 1 mmHg) pour
déplacer un volume d'air d'environ 500 ml.
Cependant, le calibre des voies
respiratoires peut varier sous l'effet de certaines
conditions pathologiques. Par exemple, les crises
d'asthme sont caractérisées par une accumulation
exagérée du mucus et par des contractions du
muscle lisse des voies respiratoires, aboutissant à
une réduction, fort gênante pour la respiration, de
leur diamètre. D'autres facteurs peuvent être à
l'origine de telles modifications du diamètre. On
cite l'histamine, lors des manifestations
allergiques, ou le facteur nerveux par le biais des
nerfs parasympathiques qui contractent
violemment le muscle lisse des voies respiratoires
et renforcent la sécrétion du mucus.
Volumes respiratoires
Un certain nombre de volumes
respiratoires sont distingués selon l’état de la
respiration. Lors d’une seule respiration normale
passive, la quantité d’air qui peut être inspirée ou
expirée voisine les 500 ml : c’est le volume
courant (VC). Tout effort respiratoire forcé
s’accompagne d’entrée d’air importante dans les
poumons, environ 2500 à 3000 ml : c’est le
volume de réserve inspiratoire (VRI). A
l’inverse, le volume de réserve expiratoire
(VRE) constitue la quantité d’air expirée lors
d’une contraction forcée des muscles expiratoires
(environ 1000 ml). Cependant, les poumons
contiennent toujours une certaine quantité d’air,
environ 1000 ml, qui s’appelle le volume
résiduel (VR).
Comme déjà vu, les voies aériennes se
composent de voies conductrices (trachée,
bronches et bronchioles) et des alvéoles. C’est au
niveau de ces dernières uniquement qu’ont lieu
les échanges de gaz entre l’air et le sang. Sur les
500 ml d’air entrant ou sortant des poumons,
seulement 350 ml atteignent ou quittent les
alvéoles. Alors les 150 ml restant n’ont jamais
accès aux alvéoles, et restent dans les voies
aériennes. Du fait que ce volume d’air ne subit
aucun transfert de gaz avec le sang, on lui donne
le nom d’espace mort anatomique (EMA). En