La respiration

LA RESPIRATION
La plupart des animaux et des végétaux respirent.
Au sens commun, la respiration désigne les échanges gazeux au niveau de l’appareil respiratoire.
Mais il existe aussi des échanges gazeux au niveau des cellules de l’organisme : on parle de
respiration cellulaire (absorption de dioxygène et rejet de dioxyde de carbone).
Biologiquement, la finalité de la respiration est liée à la production d’énergie (à partir des
nutriments).
Deux fonctions essentielles :
 Fonction d’échange entre le milieu extérieur et intérieur (ventilation).
 Fonction de transport des gaz respiratoires (O2 et CO2).
Au niveau des poumons, une partie du dioxygène contenu dans l’air inspiré passe dans le
sang et du dioxyde de carbone passe du sang dans l’air.
 Fonction de transport entre la surface d’échange et le tissu (circulation sanguine).
Le sang qui arrive à un organe est riche en O2 et pauvre en CO2.
Le sang qui sort d’un organe est riche en CO2 et pauvre en O2.
Les mouvements respiratoires sont la manifestation la plus visible de la respiration.
Le volume de la cage thoracique augmente à chaque inspiration (pénétration de l’air) et diminue à
chaque expiration (rejet de l’air). Cette alternance de mouvements définit le rythme
respiratoire (varie selon l’âge, diminue pendant le sommeil, augmente lors d’un effort physique).
I.
L’APPAREIL RESPIRATOIRE HUMAIN.
Situé dans la cage thoracique, il est séparé de l’abdomen par le diaphragme (membrane
musculaire séparant le thorax et l’abdomen). La cage thoracique est entourée par les côtes.
L’appareil respiratoire comprend :
 Les voies respiratoires (ou voies aériennes) : nez, bouche, pharynx, trachée, qui
permettent le passage de l’air depuis le nez et la bouche vers les poumons et les alvéoles
pulmonaires au cours de la ventilation.
 Les poumons : organes spécialisés dans les échanges gazeux. Ils permettent de
renouveler l’O2 et de rejeter le CO2 et donc, la ventilation de l’organisme.
 Situés dans la cage thoracique, ce sont deux sacs spongieux limités ventralement
par le diaphragme et enveloppés par les plèvres qui rendent les poumons
solidaires à la cage thoracique (et dont le rôle est de diminuer les frottements
durant la ventilation).
 Constitués de lobes (3 pour le poumon droit, 2 pour le gauche) qui comportent les
bronches et les bronchioles. Ces dernières se terminent par des alvéoles dont la
paroi est une véritable surface d’échange.
II.
1.

Les échanges gazeux entre l’air alvéolaire et le sang s’effectuent par la
diffusion à travers la paroi alvéolaire.

La diffusion des gaz respiratoires (O2 et CO2) entre le sang et l’air ne
peut être effective que si les la pression artérielle est maintenue par les
surfaces d’échanges.
Ce maintien est permis par deux processus : le renouvellement
permanent du sang (pompe cardiaque) et le renouvellement de l’air
alvéolaire (ventilation pulmonaire).
VENTILATION PULMONAIRE ET VOLUMES CIRCULANTS.
Ventilation pulmonaire et mécanique respiratoire.
Des mouvements permanents involontaires (réflexes) mais contrôlables de la cage thoracique
permettent l’inspiration et l’expiration  ventilation pulmonaire.
 Inspiration : phénomène actif / entrée d’air dans les voies respiratoires.
1 - Contraction des muscles intercostaux et des muscles élévateurs des côtes 
soulèvement et écartement des côtes.
Contraction du diaphragme  abaissement du diaphragme.
2 - Augmentation du volume de la cage thoracique et augmentation de volume des
poumons  l’augmentation de volume crée une dépression qui entraîne l’aspiration de l’air
Le renouvellement de l’air alvéolaire est déterminé par les variations du volume des
poumons dues aux variations du volume de la cage thoracique. Un air plus riche en O2
pénètre dans les poumons.
 Expiration : phénomène passif / expulsion de l’air des voies respiratoires.
1 - Relâchement des muscles intercostaux et des muscles élévateurs des côtes 
abaissement et resserrement des côtes.
Relâchement du diaphragme  remontée du diaphragme.
2 - Diminution du volume de la cage thoracique qui pousse sur les poumons et
diminution du volume des poumons  la diminution de volume crée une pression qui
entraîne l’expulsion de l’air.
Ex : le soufflet.
Succession d’une inspiration et d’une expiration = cycle respiratoire (nombre de cycle/min =
débit respiratoire). Nous effectuons environ 16 à 18 mouvements respiratoires /min.
2.
Variations des volumes circulants.
Le renouvellement de l’air alvéolaire est partiel et modulable.
 Respiration « normale » : environ 500 ml (0,5 litre) d’air mobilisé dans l’appareil
respiratoire = volume d’air courant (VC).
 Respiration forcée :
 Inspiration forcée = dilatation maximum de la cage thoracique. Les poumons
peuvent admettre 2,5 à 3,5 L d’air = volume de réserve inspiratoire (VRI).
 Expiration forcée = contraction des muscles (côtes inférieures abaissées). Les
poumons peuvent libérer 1 à 1,5 L d’air = volume de réserve expiratoire (VRE).
Le volume d’air restant dans les poumons est de 1 à 1,5 L.
Capacité pulmonaire = VC + VRI + VRE
Elle se mesure à l’aide d’un spiromètre
Le débit respiratoire = fréquence respiratoire x volume d’une inspiration
-
Au repos : 6L/min avec une fréquence de 10 inspirations/min.
Marche : 16L/min -- 19 inspirations/min.
Course : 50L/min (ou plus) -- 60 inspirations/min.
Fréquence et débit respiratoires varient en fonction de l’effort.
III.
LES ÉCHANGES GAZEUX RESPIRATOIRES.
Les échanges respiratoires consistent en un passage de l’O2 de l’air contenu dans les alvéoles,
vers le sang contenu dans les capillaires, et inversement pour le CO2.
Composants
Air inspiré
Air expiré
Azote
80%
80%
O2
20%
15%
CO2
0,03%
5%
Vapeur d’eau
Variable
+++
1.
Transport des gaz respiratoires : rôle de l’hémoglobine.
Transport d’O2 : il se dissout dans le plasma dès sa diffusion dans le sang et se fixe sur la
molécule d’hémoglobine. Cette combinaison est réversible. En effet, l’hémoglobine peut se fixer
ou restituer l’O2 (c’est l’oxyhémoglobine).
Une molécule d’hémoglobine peu transporter jusqu’à 4 molécules d’O 2. Plus elle est saturée en O2
plus sa couleur est vive. 98% d’O2 est transporté par l’hémoglobine (2% est dissous).
La qualité du transport dépend de la quantité et de la qualité de l’hémoglobine, de sa possibilité
de fixer l’O2, du nombre de globules rouges (dans le cas contraire risque d’anémie).
Transport de CO2 : plus soluble que l’O2. 10% du CO2 est transporté sous forme dissoute dans
le sang. Une partie reste sous cette forme, l’autre se fixe sur l’hémoglobine = carbhémoglobine.
Mais la majeure partie (+ de 80%) se fixe à l’eau pour former du bicarbonate (H2CO3).
2.
Lieux des échanges gazeux.
Au niveau des cellules : le sang arrive sous forme d’oxyhémoglobine, il les décharge de l’O2 et se
charge du CO2 puis repart vers les poumons.
Au niveau des poumons : le sang qui arrive aux alvéoles pulmonaires est riche en
carbhémoglobine et en CO2 dissous. Il libère le CO2 et l’hémoglobine, se combine à l’O2 inspiré et
repart enrichi en oxyhémoglobine vers les cellules.
Les échanges se font par diffusion à travers les membranes des capillaires sanguins et des
cellules. De part et d’autre des surfaces d’échanges, la pression des gaz est différente et les
échanges se font des zones de hautes pressions vers les zones de basses pressions.
IV.
LES RESPIRATION CELLULAIRE.
Une cellule, pour fonctionner, consomme des nutriments et de l’O2. Les nutriments servent de
« combustible » à la cellule et l’O2 permet leur dégradation progressive, ce qui permet la
libération d’énergie utilisable (stockée sous forme d’ATP).
Cette dégradation (découpage de la molécule) oxydative (qui utilise l’O2) des nutriments
correspond à la respiration cellulaire.
NB : les cellules végétales (y compris photosynthétiques) respirent aussi.
Mais certains organismes n’ont pas besoin d’O2 pour fonctionner. Ils utilisent des nutriments
pour assurer leur ouverture énergétique via une autre voie métabolique appelée fermentation
(dégradation incomplète d’un nutriment ne nécessitant pas d’O2 et libérant une petite
quantité d’énergie).
V.
LES DIFFÉRENTS TYPES D’ORGANES RESPIRATOIRES SELON LE
MILIEU DE VIE DE L’ANIMAL.
 La respiration pulmonaire : les poumons se remplissent d’air et assurent les échanges
entre l’air et le sang. Les gaz respiratoires sont pris en charge par le sang (mammifères,
oiseaux).
 La respiration trachéenne : les trachées composent un système de tubes ramifiés qui
amènent l’air directement aux cellules des organes. Les gaz respiratoires ne sont pas
pris en charge par le sang car il n’y a pas de système circulatoire (insectes).
 La respiration cutanée : la peau est l’organe en jeu ; il n’y a pas d’appareil circulatoire
spécifique. Les échanges entre le milieu (air ou eau) et le sang se font grâce à la peau fine
et richement vascularisée (ver de terre, amphibiens lorsqu’ils sont sous l’eau…).
 La respiration brachiale : les branchies permettent les échanges entre l’eau et le
sang. Les gaz respiratoires sont pris en charge par le sang (invertébrés aquatiques :
huitre, crabe, vers aquatiques ; poissons : les mouvements des opercules permettant
d’assurer un courant d’eau au niveau des branchies).
Caractères communs des surfaces d’échanges :
 Grande surface de contact entre les milieux intérieurs et extérieurs.
 Finesse des parois séparant le sang de l’eau ou de l’air.
 Renouvellement constant des fluides grâce aux mouvements respiratoires et à la
circulation sanguine.