L`air est filtré

3.1 Le double rôle du système respiratoire
Le système respiratoire est constitué d’un ensemble d’organes dont la
fonction est de permettre un échange gazeux entre l’air et le sang . Les 2 gaz
impliqués dans l’échange sont le dioxyde de carbone ( C𝑂2 ) et le dioxygène ( 𝑂2 ) .
Le dioxygène est le gaz produit par les végétaux grâce à la photosynthèse :
𝐶𝑂2
+
𝐻2 𝑂
+ É𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑖𝑟𝑒
Le dioxygène produit par les
végétaux est rejeté dans
l’atmosphère et devient donc
disponible pour les animaux
( dont l’humain ) .
𝑔𝑙𝑢𝑐𝑖𝑑𝑒𝑠
+
𝑂2
Le dioxyde de carbone est le produit de la combustion . Les animaux
produisent du C𝑂2 ( un déchet ) qu’ils doivent éliminer car ce gaz devient toxique s’il
s’accumule en grande quantité dans l’organisme .
Chacune des cellules de votre corps a besoin d’énergie qu’elle obtient grâce
la réaction chimique appelée respiration cellulaire ( c’est une réaction de
combustion impliquant le dioxygène ) . Cette combustion dans vos cellules s’effectue
selon la réaction chimique suivante :
Glucides
+
Lipides
(Protéines)
𝑂2
𝐶𝑂2
+
𝐻2 𝑂
+
Énergie
Ainsi , nos fournisseurs d’énergie réagissent avec le dioxygène inspiré pour libérer
cette énergie et la rendre disponible pour nos milliards de cellules .
Votre système respiratoire a donc une double fonction :
 Approvisionner à chaque inspiration vos milliards de cellules en dioxygène.
Le rôle du dioxygène : réactif essentiel à la réaction de combustion qui
permet la libération de l’énergie contenue dans les aliments .
 Éliminer à chaque expiration le dioxyde de carbone ( un déchet toxique )
produit par vos milliards de cellules lors de la réaction de combustion .
On peut constater l’échange de ces 2 gaz en comparant la composition
en 𝑂2 et en C𝑂2 de l’air inspiré et de l’air expiré :
0,04%
Moins
de 1%
diazote
dioxygène
21%
78%
dioxyde de
carbone
5%
Moins
de 1%
dioxygène
16%
78%
autres
Air inspiré
diazote
dioxyde de
carbone
autres
Air expiré
Question : que constatez-vous en observant les variations du pourcentage de
dioxyde de carbone et de dioxygène entre l’air inspiré et l’air expiré ?
3.2 Anatomie et physiologie du système respiratoire
A) Anatomie du système respiratoire
Le système respiratoire se compose de 2 parties :
les voies respiratoires et les poumons .
 Les voies respiratoires ( c’est votre tuyauterie
dans lequel l’air circule ) comprennent la
bouche et les fosses nasales , le pharynx , le
larynx, la trachée et les bronches.
 Les poumons sont constitués de très petits
tuyaux appelés les bronchioles et d’une
multitude de petits sacs microscopiques : les
alvéoles . C’est au niveau des alvéoles que
s’effectue l’échange gazeux .
Trachée et bronches : de la tuyauterie !
Le système respiratoire
B) Physiologie du système respiratoire
1. Les modifications que subit l’air en pénétrant nos voies
respiratoires
L’air qui pénètre dans vos voies respiratoires ( votre tuyauterie ) subit
trois modifications tout au long du trajet qui mène aux alvéoles .

L’air est filtré :
 Par les poils du nez .
 Par le mucus : substance fabriquée par les cellules de la paroi des voies
respiratoires ; tout le long de votre tuyauterie ( fosses nasales-pharyx-larynxtrachée-bronches-bronchioles ) , ce mucus collant emprisonne la poussière et
les bactéries présents dans l’air . Ce mucus est composé d’eau ( 97% ) et de
protéines qui donnent l’aspect visqueux et collant .
 Par les cils vibratiles qui tapissent la paroi de votre tuyauterie ( des fosses
nasales jusqu’aux bronchioles ) . Ces fins petits poils invisibles à l’oeil nu
vibrent constamment pour faire remonter le mucus chargé de poussière
jusqu’au pharynx ; nous avalons ensuite ce mucus en même temps que notre
salive tout au long de la journée .
Noyau de la cellule ciliée
 L’air est humidifié :

Grâce au mucus riche en eau qui est fabriqué tout le long des voies
respiratoires . Cette eau s’évapore quand l’air entre dans nos voies , ce qui
protège les alvéoles qui doivent recevoir de l’air humide sinon , ces
alvéoles dont la paroi est de 0,3 micromètres ( cent fois plus mince
qu’une feuille de papier ) deviendraient secs et cassants ( une
catastrophe , non ? Nos poumons s’effriteraient ) .
 L’air est réchauffé :
 Grâce aux nombreux et minuscules petits vaisseaux sanguins appelés
capillaires sanguins qui se trouvent dans la paroi de vos voies respiratoires .
Ces vaisseaux transportent du sang chaud , l’air capte cette chaleur et donc,
les alvéoles ne risquent pas de geler .
2. Les caractéristiques et fonctions exercées par
chacune des structures du système respiratoire
Les fosses nasales : ce sont 2 cavités situées à l’intérieur du nez ; elles sont tapissées
de poils et de cellules ciliées qui filtrent l’air pour capter la poussière ; elles sont
recouvertes de mucus pour capter la poussière et pour humidifier l’air . La paroi riche
en capillaires sanguins permet de commencer le réchauffement de l’air .
Le pharynx : cette région située derrière la langue est le carrefour des voies
respiratoires et digestives .
Le larynx : organe fait de cartilage ; c’est le début de la trachée . L’épiglotte ( fait de
cartilage et de muscle ) sert de trappe qui ferme l’entrée de la trachée lorsque nous
avalons , ce qui permet à la bouffe de se diriger dans l’oesophage . Si on gêne ce
réflexe ( parler en mangeant par exemple ) , la bouffe peut emprunter le mauvais
tuyau et venir bloquer la trachée : on tousse ou on s’étouffe . Le larynx contient nos
cordes vocales .
La trachée : ce tuyau de 12 cm de long est constitué d’anneaux de cartilage
superposés , ce qui en fait un tuyau rigide . La surface interne est tapissée de mucus
( emprisonne la poussière et humidifie l’air ) et de cellules ciliées ( cellules avec cils
vibratiles ) pour remonter ce mucus encrassé vers le larynx pour y être ensuite avalé .
Bien sûr , les capillaires sanguins dans la paroi réchauffe l’air .
Les voies respiratoires supérieures :
Fosses nasales
luette
bouche
palais
pharynx
langue
vertèbres
épiglotte
larynx
oesophage
trachée
Les bronches : la trachée se divise en 2 bronches principales ( une gauche et une
droite ) ; elles sont aussi constituées d’anneaux de cartilage et la paroi interne
comporte des cellules ciliées et du mucus . Les bronches filtrent , réchauffent et
humidifient l’air . Les bronches se divisent plusieurs fois ( environ 23 fois ) en
rapetissant de diamètre à chaque division .
Les fosses nasales , le pharynx , le larynx , la trachée et les bronches
constituent les voies respiratoires : un système de tuyauterie
acheminant l’air vers les poumons . Les poumons comprennent les
structures suivantes : les bronchioles et les alvéoles .
Les bronchioles : Les bronches terminent leur chemin en de très fins petits tubes
( visibles au microscope ) appelés bronchioles . Chaque bronchiole aboutit à une
grappe d’alvéoles . Les bronchioles font moins d’un millimètre de diamètre et ne
sont pas faits de cartilage . Les bronchioles sont riches en celllules ciliées ( cils
vibratiles ) . L’air y est réchauffé , humidifié et filtré .
Les alvéoles : les poumons sont constitués des bronchioles et des alvéoles . Les
bronchioles aboutissent aux alvéoles qui sont regroupés en grappes appelées
sacs alvéolaires . Les alvéoles sont de microscopiques petits sacs à paroi très
mince ( 0,3 micromètre : une seule couche de cellules ! ) .
Les poumons d’une personne
comportent environ 300 millions
d’alvéoles . La surface totale de
toutes alvéoles d’une personne
suffirait à tapisser le plancher de
votre classe de sciences !!!!
La paroi très mince des alvéoles:
les molécules de dioxygène et de
dioxyde de carbone peuvent
traverser cette mince paroi ; le
rôle des alvéoles est vital : c’est
là que s’effectue l’échange
gazeux .
Remarquez la grande quantité
de capillaires sanguins ( très
petits vaisseaux ) qui
enveloppent les alvéoles .
veinule
pulmonaire
artériole
pulmonaire
3.
La mécanique de la ventilation pulmonaire
La fonction principale du système respiratoire est d’approvisionner le sang en
dioxygène et d’éliminer le dioxyde de carbone qui tend à s’accumuler dans le sang .
Pour ce faire , l’air doit circuler dans nos voies respiratoires : entrer par les fosses
nasales pour se rendre jusqu’aux alvéoles puis refaire le chemin inverse . Cette
circulation d’air s’effectue grâce aux mouvements effectués par la cage thoracique ,
mouvements qui forcent l’air à entrer puis sortir .
L’air est composé de gaz , principalement de diazote , de dioxygène et de
dioxyde de carbone . Il nous faut comprendre comment réagit la pression des
gaz lorsqu’ils subissent des variations de volume .
En effectuant la simple expérience de la page suivante :
1. On emprisonne un gaz dans une seringue . On pousse sur le piston de la
seringue , le volume occupé par le gaz diminue . Qu’arrive-t-il à la pression
de ce gaz lorsque l’on diminue son volume ?
2. Si vous inversez les manipulations : on tire sur le piston pour augmenter le
volume occupé par le gaz ; qu’arrive-t-il à la pression de ce gaz lorsque l’on
augmente son volume ?
Démonstration : cloche et ballons
http://dmentrard.free.fr/GEOGEBRA/Sciences/Chimie/Chimie/Boylemariotte.html
Les poumons sont situés à l’intérieur d’une cage : la cage thoracique . Une enveloppe
entoure les 2 poumons pour ne pas que ceux-ci frottent contre les os de la cage et le cœur . Les
poumons et donc l’air qu’ils contiennent sont à l’intérieur d’un compartiment ( la cage ) dont les
variations de volume vont entrainer une variation de la pression de l’air qui se trouve à l’intérieur .
La circulation de l’air dans nos poumons s’effectue en 2 temps : l’inspiration et
l’expiration .
L’inspiration :
L’air entre
Lors de l’inspiration , 2 mouvements s’effectuent en même
temps :
 Contraction des muscles intercostaux , ce qui entraine
comme conséquence : la cage se soulève.
 Contraction du diaphragme : la conséquence de cette
contraction : le diaphragme s’abaisse .
Ces 2 mouvements provoquent comme conséquence
l’augmentation du volume de la cage thoracique . Cette
augmentation du volume de ce compartiment a pour effet de
diminuer la pression de l’air contenue dans les poumons .
Comme la pression atmosphérique ( la pression de l’air à
l’extérieur de la cage ) n’a pas changé , la pression
atmosphérique devient donc plus élevée que la pression de l’air
dans les poumons ( pression qui a diminuée suite à
l’augmentation du volume de la cage ) ; l’air extérieur entre donc
dans les voies respiratoires jusqu’aux poumons .
Diaphragme : muscle plat formant un
plancher sous la cage thoracique.
Lorsque ce muscle se contracte , il
s’abaisse .
L’air sort
expiration
L’expiration ( pour expulser l’air des poumons )
est le phénomène contraire de l’inspiration . Il
suffit de décrire les étapes de l’inspiration en
utilisant les termes contraires à chacun des
événements qui ont permis à l’air d’entrer sauf
qu’à la finalité , l’air va sortir
contracter
soulever
augmentation
décontracter
s’abaisser
diminution
pression atmosphérique : plus grande que
la pression intrathoracique , donc l’air entre
pression atmosphérique : plus faible que la
pression intrathoracique , donc l’air sort
4. Les échanges gazeux
À chaque inspiration , de l’air se
rend dans les alvéoles
pulmonaires . Cet air inspiré est
riche en dioxygène (𝑂2 ) et
pauvre en dioxyde de carbone
( C𝑂2 ) . De très petits vaisseaux
sanguins ( appelés capillaires
sanguins ) enrobent les alvéoles ;
ces vaisseaux transportent le sang
qui est riche en C𝑂2 et pauvre en
𝑂2 .
veinule
pulmonaire
artériole
pulmonaire
bronchioles
capillaires sanguins
alvéoles
membrane des alvéoles : 100 fois plus
mince qu’une feuille de papier !
Puisque la quantité de dioxyde de
carbone dans le sang est plus élevée
que dans l’air des alvéoles , le principe
de diffusion des gaz fait en sorte que
le dioxyde de carbone quitte le sang
pour aller dans l’air des alvéoles . L’air
des alvéoles s’enrichit en C𝑂2 pendant
que le sang s’appauvrit en C𝑂2 .
sang qui va aux poumons
air
alvéole
Puisque la quantité de dioxgène dans
l’air des alvéoles est plus élevée que
dans le sang , le principe de diffusion
des gaz fait en sorte que le dioxygène
quitte l’air des alvéoles pour aller dans le
sang . Le sang s’enrichit en 𝑂2 pendant
que l’air des alvéoles s’appauvrit en 𝑂2 .
sang quittant les
poumons
capillaire sanguin