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2016-2017
La respiration
Nom du cours
– UE 7: Physiologie
Complément nom du cours
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Semaine : n°22 (du 06/03/17 au
10/03/17)
Date : 07/03/17
Heure : de 10h30 à
11h30
Binôme : n°78
Professeur : Pr. Luc
Correcteur :
Remarques du professeur (Diapos disponibles, Exercices sur le campus, Conseils, parties importantes
à retenir, etc.)
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De liste
PLAN DU COURS
I)
Introduction
II)
Anatomie
III)
Ventilation
IV)
Circulation pulmonaire
V)
Lois physiques des gaz et air alvéolaire
VI)
Transport des gaz par le sang
VII)
Rapport ventilation/Perfusion
VIII) Diffusion
IX)
Régulation de la respiration
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I)
La respiration
Introduction
Objectif de la respiration :
–
fournir une quantité suffisante d'O2 aux cellules, car les cellules fonctionnent a partir de l'O2, elles se
nourrissent de glucose avec l'O2 dans la chaine respiratoire. L'O2 provient de l'atmosphère pour partir
dans le sang puis dans les cellules.
–
quelles que soient les circonstances (exercice, haute atmosphère, pathologies-asthme, emphysème,
bronchopneumopathie chronique obstructive : BPCO)
En vert (le poumon) : quand on inspire il y a pénétration du gaz atmosphérique soit l'O2 et cet O2 va diffuser dans
le sang.Le coeur va au niveau de la systole éjecter du sang dans l'aorte et ce sang est riche en O2. Le sang qui sort
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au niveau du système veineux est moins riche en 02. Le cœur droit va éjecter une partie de ce sang. C'est au niveau
des poumons que le sang se recharge en 02.
Lorsque la cellule consomme O2, elle synthétise du CO2. Le CO2 suit le chemin inverse de l'O2, il va aller dans le
gaz alvéolaire et lors de l'expiration est expulsé dans l’atmosphère.
II)
Anatomie
•
système aérien : trachée, bronches + alvéoles
Ce système est en étroite collaboration avec la circulation sanguine pulmonaire.
•
Les muscles créent les mouvements de la respiration. Le principal muscle de la respiration est le
diaphragme.
L'addition d'air dans les poumons : augmentation du volume de la cage thoracique.
Elimination d'air dans les poumons : diminution du volume de la cage thoracique.
Sur le plan anatomique :
L'arbre aérien débute par les voies aériennes supérieures au niveau du nez et de la bouche. Les sinus nasaux se
rejoignent derrière la bouche au niveau du pharynx. Le pharynx se finit par la trachée qui se divise en deux
bronches principales. Ces bronches souches se divisent en bronches différentes.
Les lois physiques du sytème aérien : loi des gaz parfaits, la turbulence/résistance au passage alvéolaire,
vaporisation due à la chaleur, pression de vapeur d'eau, résistance au passage de l'air, l’élasticité, tension de
surface, la pression partielle de gaz, les lois de diffusion physiques.
Au début :
–
Air rentre par le nez et la bouche. Chez l'adulte on respire essentiellement par le nez (chez l'enfant c'est
essentiellement par la bouche).
Nez : filtration de l'air par la muqueuse qui recouvre les cavités nasales, ça permet un premier nettoyage de
l'air inspiré et évite que les particules passent vers les poumons. L'air passant dans les cavités nasales va
être humidifié.
Inconvénient de ce passage par le nez : structures non cylindriques, il y a une turbulence importante de l'air
dans les cavités nasales donc on a une résistance importante au passage de l'air. Résistance au passage
de l’air = 2 fois celle au passage de l’air par la bouche, 1/2 de toutes les résistances du système
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respiratoire.
Chez un sujet a pathologie pulmonaire importante a la limite de l'exercice respiratoire : on peut faire une
trachéotomie (on met un tuyau au niveau du cou)pour que le sujet puisse respirer par un tube. On élimine tout le
passage de l'air par la bouche et les cavités nasales et donc on diminue la résistance au passage de l'air et donc ça
dépense moins d'énergie via la respiration.
–
Le pharynx : carrefour entre l'air et l'alimentation.
Air continue son chemin et passe dans la trachée.
Epiglotte est une membrane, lorsqu'on avale, l'aliment pousse l'épiglotte vers le bas et l'arrière et ça ferme l'orifice
de la trachée pour éviter les fausses routes.
–
La trachée : tube dont la structure est lisse. Ce sont des anneaux cartilagineux avec deux extrémités
supérieures. On peut avoir une contraction variable avec les cellules musculaires lisses, qui permet de faire
varier le diamètre de la trachée.
Sur le plan de la surface de la trachée : les anneaux cartilagineux sont recouverts sur sa face interne par une
muqueuse avec des cellules musculaire lisses, d'une couche de cellules lisses non ciliées fabriquant le mucus et des
cellules ciliées qui vont battre toujours dans le même sens d'amont vers l'aval, elles font un tapis roulant. Le mucus
va capter les poussières (nettoyage de l'air) et les cils vont battre pour remonter progressivement ces mucus vers
les cavités nasales, vers la bouche.
–
une fois que l'air a franchit la trachée, on arrive au niveau des bronches souches. La droite se divise en 3
lobes et la gauche en 2 lobes: une bronche pour chaque lobe et cette bronche lobaire se redivise en
plusieurs bronches segmentaires.
Face interne de chaque bronche :
Les bronches sont recouvertes de cartilages, il n'y a plus d'anneaux mais plutôt des blocs/ plaques de cartilages.
Ces cartilages sont recouverts par une muqueuse avec des cellules ciliées et des cellules a mucus avec le même
objectif que dans la trachée. Toujours le même processus de nettoyage.
Différence entre bronches et trachée : le cartilage, blocs pour les bronches, et anneaux pour la trachée
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Les bronches souches en position 1 puis segmentation, ça se divise toujours en 2.
On a un nombre de division qui est toujours fixe. Il y a jusqu'à 23 divisions. De la division 17 a 23, on a la fin de
l'arbre respiratoire, on voit apparaître les bronchioles qui se terminent par des sacs alvéolaires. Les sacs
alvéolaires sont constitués de plusieurs alvéoles et c'est la ou se fait l'échange respiratoire (échange entre air et
sang).
La surface d'échange au niveau des alvéoles est extrêmement importante, car la division des bronches a augmenté
considérablement la surface d'échange.
Une partie de l'arbre aérien est purement aérien : il ne fait que conduire l'air sans échange de gaz entre l'air et le
sang et une partie (fin de l'arbre aérien) ou se fait les échanges de gaz avec le sang.
La surface de section au niveau de la trachée : c'est quasiment un cylindre. A peu près 3cm2 de surface transversale
et plus on avance et si on fait le cumul de toutes les surfaces de section de l'arbre aérien, la surface de section
augmente de façon considérable et au niveau des alvéoles la surface de section est très importantes: 8*10¨5 cm2.
Au niveau des bronches initiales, on a beaucoup de cellules ciliées, des structure de cartilage qui constitue la
paroi des bronches, des cellules muqueuses et des cellules musculaires lisses et puis plus on avance dans l'arbre
aérien moins on a de cellules ciliées et de cellules à mucus.
Structure
Numéro de
génération
Cellules ciliaires cartilage
Cellules à mucus Cellule muciliées
Bronches
De 1 à 4
++
++
++
++
Petites bronches
De 5 à 11
+
+
+
+++
Bronchioles
De 12 à 16
+
0
+/0
+
C'est au niveau des petites bronches que se situe les cellules musculaires lisses: apparition du phénomène de
bronchoconstriction qui diminue le calibre des petites bronches. Une crise d'asthme est liée a une contraction des
cellules musculaires lisses a ce niveau.
Surface de section :
Si on augmente le diamètre du tuyau (passage de la trachée a un diamètre élevée) : diminution de la résistance au
passage de l'air.
Donc la surface de section qui augmente diminue la résistance au passage de l'air dans la partie terminale de l'arbre
respiratoire.
Si le tuyau augmente de diamètre : on a moins de résistance au passage de l'air, l'air va donc plus lentement
(moins de masse de volume d'air dans une section plus importante). Cette ventilation soit le flux d'air au niveau
terminal, la vitesse de passage est plus lente qu'initialement.
Les bronchioles : simple parenchyme, liées aux structures pulmonaires, fibres élastiques présentes dans les
poumons.
La paroi d'une bronchiole est extrêmement souple (pas de cartilage, pas de résistance a l'ouverture). Les
bronchioles sont maintenues ouvertes par ces fibres élastiques qui tirent sur les parois et les maintiennent ouvertes.
Le diamètre de ces bronchioles est déterminé par le volume pulmonaire :
–
Si on expulse au maximum de l'air pulmonaire : ca appuie sur l'ensemble des poumons de l'intérieur et la
paroi des ces bronchioles va être écrasée et donc le flux d'air va diminuer et donc les bronchioles vont
diminuer de diamètre.
–
Si on inspire profondément : fibres élastiques du poumon vont tirer sur la paroi des bronchioles et les
ouvrir.
Les bronchioles terminales (génération de 17 a 23) :
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épithélium qui recouvre en face interne, il est en double couche. Pas de cellules ciliées, pas de cellules muqueuses
et un peu de cellules musculaires lisses.
L'air est pur, il a été néttoyé auparavant, pas besoin de ces cellules.
L'unité respiratoire est l'unité fonctionnelle : c'est la ou la diffusion des gaz de l'air vers le sang.
Le diamètre de chaque unité respiratoire est environ de ????
On a un conduit alvéolaire avec paroi extrêmement fine, les conduits alvéolaires sont collés entre eux.
Les alvéoles sont a peu près 300 millions
Alvéole : paroi extrêmement mince et a l'intérieur ces alvéoles sont recouvertes de cellules type 1 et type 2.
La surface totale d'échange de ces alvéoles est considérable ce qui facilite les échanges gazeux.
Microscopie électronique : entre les alvéoles on a des capillaires sanguins.
Schéma de la circulation sanguine :
VG éjecte le sang de l'aorte qui se divise en artères pour tout l'organisme. Quand les vaisseaux sont divisés en
capillaires dans les différents organes, CO2 capté avec système veineux qui se rejoint en deux veines caves.(une
inférieur qui draine les membres inférieur et supérieure qui draine cerveau et cou)
Les deux veines caves supérieures et inférieures vont se rejoindre dans l'OD.
Au moment de la systole, le sang de l'Oreillette droite va passer au niveau du ventricule droit qui va se contracter
et éjecter le sang dans l'artère pulmonaire.
Artères pulmonaire se divise en deux branches et suit l'arbre bronchique : APD et APG.
La division des artères pulmonaires droite et gauche donnent les capillaires sanguins et vont entourer les alvéoles.
Une fois que le sang passe dans les capillaires il se rassemble dans les veines pulmonaires droites et gauches, les 4
arrivent dans l'OG. Puis passage au niveau de la valve mitrale pour arriver dans le VG.
Plusieurs conséquence a cette structure :
- Le débit sanguin du VG est identique au débit sanguin du VD. Soit le sang qui passe dans les poumons a un débit
identique a celui du sang qui passe dans tout le reste de l'organisme (5L/mn).
- L'artère pulmonaire a une paroi beaucoup plus fine que l'aorte et les artères systémiques : la pression de sang est
nettement inférieure a celle de l'aorte. Ce qui ne nécessite pas une paroi aussi solide que l'aorte.
Si on va un peu plus loin au niveau des alvéoles : les capillaires issus des artérioles pulmonaires sont extrêmement
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ramifiés et ce réseau de capillaires est extrêmement dense. Ca forme un lit sanguin très fin autour de chaque
alvéole. Ce qui permet d'avoir des échanges très important au niveau aérien.
Les capillaires ont un calibre tellement fin que l'hématie prend toute le diamètre du capillaire pulmonaire. L'O2 qui
passe de l'air a l'hématie prend un chemin beaucoup plus court que si l'hématie flottait au milieu du capillaire (voir
diffusion des gaz cours prochains)
Système bronchique, sanguin pulmonaire est a l'intérieur de la cage thoracique. Cette cage est constituée à l'arrière
par les vertèbres dorsales. Sur les cotés par les côtes et par l'extrémité antérieure par le cartilage des côtes et le
sternum. Augmentation du volume a l'inspiration et diminution du volume a l'expiration est possible grâce a
l'articulation des côtes en avant avec le sternum et en arrière avec les vertèbres. La cage thoracique est fermé en
bas par le diaphragme.
Poumon droit avec 3 lobes et poumon gauche avec 2 lobes.
Les poumons sont entourés de la plèvre :
–
viscérale, recouvre la partie externe du poumon
–
pariétale, recouvre la paroi interne de la cage thoracique
Ce sont deux feuillets qui glissent l'un sur l'autre. et entre les deux plèvres : cavité pleurale, film liquidien
extrêmement mince qui permet un glissement sans frottement des deux plèvres l'une sur l'autre lorsqu'il y
a variation de volume de la cage thoracique.
Les poumons ne sont pas fixés sur la cage thoracique, leur seul point de fixation c'est les bronches. Pas de fixation
physiologique entre les poumons et la cage thoracique. C'est libre, ça glisse.
Parfois chirurgicalement on peut fixer le poumon sur la paroi thoracique dans le cas de certaines pathologies.
Circulation sanguine a l'intérieur de la cage thoracique :
Circulation bronchique : permet de nourrir d'O2 la paroi des bronches,
Les artères bronchiques viennent de l'aorte et nourrissent la paroi des bronches.
Le drainage de ce sang qui a oxygéné les bronches part vert les veines bronchique et celles ci se jettent soit dans
l'OD (physiologiquement normal) soit dans l'OG(anormal car ce n'est pas du sang oxygéné).
Tout ce système fonctionne avec des muscles très variés : le principal c'est le diaphragme il permet l'inspiration
puis on a des muscles accessoires qui fonctionnent en inspiration normale ou en inspiration forcée.
Muscles qui permettent l'inspiration : muscles intercostaux, muscle du cou...
Muscles qui permettent l'expiration (elle est généralement passive et permet aux poumons de revenir au volume
initial). L'expiration forcée permettent de chasser un maximum d'air : muscles intercostaux externes, muscle
sterno-cleido-mastoidien (il élève la première côte), muscles abdominaux (les grands droits) permettent une
expiration forcée.
Le diaphragme : muscle principal, muscle strié , il ferme complètement l'orifice inférieur de la cage thoracique,
l'insertion des fibres du diaphragme se fixent sur les côtes, le rachis, ce qui ferme complètement la cage thoracique
en inférieur.
Les fibres striées se fixe sur un élément fibreux en trèfle sur le diaphragme.
Le diaphragme en forme de coupole sur une vue latérale, il va s’aplatir lorsqu'il y a mouvement de la cage
thoracique.
Double contrôle du diaphragme :
–
–
volontaire (on peut arrêter de respirer)
automatique car on n'est pas conscient de respirer.
C'est un muscle qui permet essentiellement l'inspiration et il est commandé par les nerfs phréniques.
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Ces nerfs naissent très haut de la moelle épinière au niveau des vertèbres cervicales C3,4,5. et ces nerfs vont
descendre au niveau du péricarde, ils contiennent des moto neurones pour innerver l'ensemble des fibres
musculaire du diaphragme.
Conséquences sur l'anatomie des nerfs phréniques :
Accident peut entrainer des traumatismes cervicales,
Si rupture de la moelle au niveau de C3 : il n'y a plus de commandes du nerf phrénique et donc on peut avoir un
arrêt respiratoire.
Intervention chirurgicale du cou : Si section du nerf phrénique a droite : l'innervation disparaît → paralysie du
diaphragme.
III)
A)
Ventilation
Introduction
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