Le système respiratoire humain se compose des voies respiratoires (supérieures et inférieures) et des poumons. Le système respiratoire est responsable des échanges gazeux entre l'organisme et l'environnement. Comment le système respiratoire est-il construit et comment fonctionne-t-il ?

Le système respiratoire humainest censé permettre la respiration - le processus d'échange de gaz, à savoir l'oxygène et le dioxyde de carbone, entre l'organisme et l'environnement. Chaque cellule de notre corps a besoin d'oxygène pour fonctionner correctement et générer de l'énergie. Le processus de respiration est divisé en :

  • respiration externe - fournissant de l'oxygène aux cellules
  • respiration interne - intracellulaire

La respiration externe se produit en raison de la synchronisation du système respiratoire avec les centres nerveux et est divisée en un certain nombre de processus :

  • ventilation pulmonaire
  • diffusion de gaz entre l'air alvéolaire et le sang
  • transport de gaz dans le sang
  • diffusion de gaz entre le sang et les cellules

Structure du système respiratoire

Les voies respiratoires sont constituées de :

  • voies respiratoires supérieures , c'est-à-dire : cavité nasale ( cavum nasz ) et gorge ( pharynx)
  • voies respiratoires inférieures : larynx ( larynx ), trachée ( trachée ), bronches ( bronchiole ) - droite et gauche, qui sont ensuite divisées en branches plus petites, et les plus petites se transforment en bronchiole ( bronchiole )

La dernière partie des voies respiratoires mène aux alvéoles ( alveoli pulmonales ). L'air inhalé traversant les voies respiratoires est débarrassé de la poussière, des bactéries et autres petites impuretés, hydraté et réchauffé. D'autre part, la structure des bronches, en associant des éléments cartilagineux, élastiques et musculaires lisses, permet de réguler leur diamètre. La gorge est l'endroit où les systèmes respiratoire et digestif se croisent. Pour cette raison, lors de la déglutition, la respiration s'arrête et les voies respiratoires se ferment à travers l'épiglotte.

  • poumons- organes appariés situés dans la poitrine

En termes anatomiques et fonctionnels, les poumons sont divisés en lobes (le poumon gauche en deux lobes et le poumon droit en trois), les lobes sont ensuite divisés en segments, les segments en lobules et les lobules en grappes.

Ils entourent chaque poumondeux couches de tissu conjonctif - plèvre pariétale ( plèvre pariétale ) et plèvre pulmonaire ( plèvre pulmonaire ). Entre eux se trouve la cavité pleurale ( cavum pleurae ), et le liquide qu'elle contient permet au poumon recouvert de la plèvre pulmonaire d'adhérer à la plèvre pariétale fusionnée avec la paroi interne de la poitrine. À l'endroit où les bronches pénètrent dans les poumons, il y a des cavités pulmonaires dans lesquelles, à côté des bronches, se trouvent également des artères et des veines pulmonaires.

Ventilation pulmonaire

L'essence de la ventilation est d'aspirer l'air atmosphérique dans les alvéoles. Étant donné que l'air circule toujours d'une pression plus élevée à une pression plus basse, les bons muscles sont impliqués dans chaque inspiration et expiration, permettant le mouvement d'aspiration et de pression de la poitrine.

En fin d'expiration, la pression dans les alvéoles est égale à la pression atmosphérique, mais en aspirant de l'air, le diaphragme ( diaphragma ) et les muscles intercostaux externes (musculi intercostales) contract externi ), cela augmente le volume de la poitrine et crée un vide qui aspire l'air.

Lorsque la demande de ventilation augmente, des muscles inspiratoires supplémentaires sont activés : les muscles sternocléidomastoïdiens ( musculi sternocleidomastoidei ), les muscles pectoraux plus petits ( musculi pectorales minores), muscles dentés antérieurs ( musculi serrati anteriores ), muscles trapèzes ( musculi trapezii ), leviers de l'omoplate ( musculi levatores scapulae ), les muscles majeurs et mineurs du parallélogramme ( musculi rhomboidei maiores et minores ) et les muscles inclinés ( musculi scaleni ) .

L'étape suivante consiste à expirer. Elle commence lorsque les muscles inspiratoires se détendent au plus fort de l'inspiration. Il s'agit généralement d'un processus passif, car les forces générées par les éléments élastiques étirés dans le tissu pulmonaire sont suffisantes pour que la poitrine diminue de volume. La pression alvéolaire s'élève au-dessus de la pression atmosphérique et la différence de pression qui en résulte évacue l'air vers l'extérieur.

La situation est légèrement différente lorsque vous expirez fortement. Nous y faisons face lorsque le rythme respiratoire est lent, lorsque l'expiration nécessite de surmonter une résistance respiratoire accrue, par exemple dans certaines maladies pulmonaires, mais aussi dans l'activité phonatoire, notamment en chantant ou en jouant des instruments à vent. Les motoneurones des muscles expiratoires sont stimulés, parmi lesquels : les muscles intercostauxmuscles internes ( musculi intercostales interni ) et les muscles de la paroi abdominale antérieure, en particulier les muscles droits de l'abdomen ( musculi recti abdominis ).

Fréquence respiratoire

La fréquence respiratoire est très variable et dépend de nombreux facteurs différents. Un adulte au repos doit respirer 7 à 20 fois par minute. Les facteurs entraînant une augmentation du rythme respiratoire, appelés professionnellement tachypnée, comprennent l'exercice, les affections pulmonaires et la détresse respiratoire extrapulmonaire. D'autre part, la bradypnée, c'est-à-dire une diminution significative du nombre de respirations, peut résulter de maladies neurologiques ou d'effets secondaires centraux des stupéfiants. Les enfants diffèrent des adultes à cet égard : plus le tout-petit est petit, plus sa fréquence respiratoire physiologique est élevée.

Volumes et capacités pulmonaires

  • TLC (capacité pulmonaire totale) -capacité pulmonaire totale- volume qui se trouve dans les poumons après l'inspiration la plus profonde
  • IC -capacité inspiratoire- tiré dans les poumons lors de l'inspiration la plus profonde après une expiration calme
  • IRV (volume de réserve inspiratoire) -volume de réserve inspiratoire- tiré dans les poumons pendant l'inspiration maximale au pic de l'inspiration libre
  • TV (volume courant) -volume courant- inspiré et expiré librement en inspirant et expirant
  • CRF -capacité fonctionnelle résiduelle- reste dans les poumons après une expiration calme
  • VRE (volume de réserve expiratoire) -volume de réserve expiratoire- retiré des poumons pendant l'expiration maximale après inhalation libre
  • RV (volume résiduel) -volume résiduel- reste toujours dans les poumons pendant l'expiration maximale
  • VC (capacité vitale) -capacité vitale- retiré des poumons après une inhalation maximale pendant une expiration maximale
  • IVC (capacité vitale inspiratoire) -capacité vitale inspiratoire- aspiré dans les poumons après l'expiration la plus profonde à l'inspiration maximale ; peut être légèrement supérieure à VC parce qu'au moment de l'expiration maximale suivie de l'inspiration maximale, les conducteurs alvéolaires se ferment avant que l'air remplissant les bulles ne soit éliminé

Pendant l'inspiration libre, le volume courant est de 500 mL. Cependant, tout ce volume n'atteint pas les alvéoles. Environ 150 ml remplissent les voies respiratoires, qui n'ont pas de conditions d'échange gazeux entre l'air et le sang, c'est-à-dire la cavité nasale, le pharynx, le larynx, la trachée, les bronches et les bronchioles. C'est appelé espace mort respiratoire anatomique. Les 350 ml restants sont mélangés avecl'air constituant la capacité résiduelle fonctionnelle, il est simultanément chauffé et saturé en vapeur d'eau. Dans les alvéoles, encore une fois, tout l'air n'est pas gazeux. Dans les capillaires des parois de certaines alvéoles, le sang ne coule pas ou pas assez pour utiliser tout l'air pour les échanges gazeux. C'est l'espace mort respiratoire physiologique et il est faible chez les personnes en bonne santé. Malheureusement, il peut augmenter de manière significative dans les états pathologiques.

La fréquence respiratoire moyenne au repos est de 16 par minute, et le volume courant est de 500 mL, en multipliant ces deux valeurs, on obtient une ventilation pulmonaire. Il en résulte qu'environ 8 litres d'air sont inspirés et expirés par minute. Lors de respirations rapides et profondes, la valeur peut augmenter de manière significative, allant même de douze à vingt fois.

Tous ces paramètres compliqués : les capacités et les volumes ont été introduits non seulement pour nous confondre, mais ont une application importante dans le diagnostic des maladies pulmonaires. Il existe un test - la spirométrie qui mesure : VC, FEV1, FEV1/VC, FVC, IC, TV, ERV et IRV. Il est essentiel pour le diagnostic et le suivi de maladies telles que l'asthme et la BPCO.

Diffusion gazeuse entre l'air alvéolaire et le sang

La structure de base qui compose les poumons est les alvéoles. Il y en a environ 300 à 500 millions, chacun d'un diamètre de 0,15 à 0,6 mm, et leur superficie totale est de 50 à 90 m².

Les parois des alvéoles sont constituées d'un épithélium mince, plat et monocouche. En plus des cellules qui composent l'épithélium, les follicules contiennent deux autres types de cellules : les macrophages (cellules intestinales) et également les cellules folliculaires de type II qui produisent le surfactant. C'est un mélange de protéines, de phospholipides et de glucides produits à partir d'acides gras dans le sang. Le surfactant, en réduisant la tension superficielle, empêche les alvéoles de se coller entre elles et réduit les forces nécessaires pour étirer les poumons. De l'extérieur, les vésicules sont recouvertes d'un réseau de capillaires. Les capillaires pénétrant dans les alvéoles transportent du sang riche en dioxyde de carbone, en eau, mais avec une petite quantité d'oxygène. En revanche, dans l'air alvéolaire, la pression partielle d'oxygène est élevée et celle de dioxyde de carbone est faible. La diffusion de gaz suit un gradient de pression des particules de gaz, de sorte que les érythrocytes capillaires piègent l'oxygène de l'air et se débarrassent du dioxyde de carbone. Les molécules de gaz doivent traverser la paroi alvéolaire et la paroi capillaire, et plus précisément à travers : une couche de fluide recouvrant la surface alvéolaire, l'épithélium alvéolaire, la membrane basale et l'endothéliumcapillaires

Transport des gaz dans le sang

  • transport d'oxygène

L'oxygène se dissout d'abord physiquement dans le plasma, puis se diffuse à travers l'enveloppe dans les érythrocytes, où il se lie à l'hémoglobine pour former de l'oxyhémoglobine (hémoglobine oxygénée). L'hémoglobine joue un rôle très important dans le transport de l'oxygène, car chacune de ses molécules se combine avec 4 molécules d'oxygène, augmentant ainsi la capacité du sang à transporter l'oxygène jusqu'à 70 fois. La quantité d'oxygène transporté dissous dans le plasma est si faible qu'elle n'a aucun rapport avec la respiration. Grâce au système circulatoire, le sang saturé d'oxygène atteint toutes les cellules du corps.

  • transport du dioxyde de carbone

Le dioxyde de carbone tissulaire pénètre dans les capillaires et est transporté vers les poumons :

  • d'accord. 6% physiquement dissous dans le plasma et dans le cytoplasme des érythrocytes
  • d'accord. 6% liés aux groupes amino libres des protéines plasmatiques et de l'hémoglobine (sous forme de carbamates)
  • majoritaire, soit environ 88 % sous forme d'ions HCO3- liés par le système tampon bicarbonate du plasma et des érythrocytes

Diffusion gazeuse entre le sang et les cellules

Dans les tissus, les molécules de gaz pénètrent à nouveau le long du gradient d'élasticité: l'oxygène libéré de l'hémoglobine se diffuse dans les tissus, tandis que le dioxyde de carbone se diffuse dans le sens opposé - des cellules au plasma. En raison des différences de demande en oxygène des différents tissus, il existe également des différences de tension en oxygène. Dans les tissus à métabolisme intensif, la tension en oxygène est faible, ils consomment donc plus d'oxygène, tandis que le sang veineux drainé contient moins d'oxygène et plus de dioxyde de carbone. La différence artério-veineuse de teneur en oxygène est un paramètre qui détermine le degré de consommation d'oxygène par les tissus. Chaque tissu est alimenté en sang artériel avec la même teneur en oxygène, tandis que le sang veineux peut en contenir plus ou moins.

Respiration intérieure

La respiration au niveau cellulaire est un processus biochimique en plusieurs étapes qui implique l'oxydation de composés organiques qui produisent de l'énergie biologiquement utile. C'est un processus fondamental qui se poursuit même lorsque d'autres processus métaboliques sont arrêtés (les processus alternatifs anaérobies sont inefficaces et d'une importance limitée).

Le rôle clé est joué par les mitochondries - organites cellulaires, qui reçoivent des molécules d'oxygène diffusant à l'intérieur de la cellule. Toutes les enzymes du cycle de Krebs (également connu sous le nom de cycle de l'acide tricarboxylique) sont situées sur la membrane externe des mitochondries, tandis que les enzymes de la chaîne sont situées sur la membrane interne.

Dans le cycle de Krebs, les métabolites du sucre, des protéines et des graisses sont oxydés en dioxyde de carbone et en eau avec la libération d'atomes d'hydrogène libres ou d'électrons libres. Plus loin dans la chaîne respiratoire - la dernière étape de la respiration intracellulaire - en transférant des électrons et des protons à des convoyeurs successifs, des composés phosphorés à haute énergie sont synthétisés. Le plus important d'entre eux est l'ATP, c'est-à-dire l'adénosine-5'-triphosphate, un vecteur universel d'énergie chimique utilisée dans le métabolisme cellulaire. Il est consommé par de nombreuses enzymes dans des processus tels que la biosynthèse, le mouvement et la division cellulaire. Le traitement de l'ATP dans les organismes vivants est continu et on estime que chaque jour, l'homme convertit une quantité d'ATP comparable à son poids corporel.

Régulation de la respiration

Dans la moelle se trouve le centre respiratoire qui régule la fréquence et la profondeur de la respiration. Il est constitué de deux centres aux fonctions opposées, construits par deux types de neurones. Les deux sont situés dans la formation réticulaire. Dans le noyau solitaire et dans la partie antérieure du nerf vague postérieur-ambigu se trouve le centre inspiratoire, qui envoie des impulsions nerveuses à la moelle épinière, aux motoneurones des muscles inspiratoires. D'autre part, dans le noyau ambigu du nerf vague et dans la partie postérieure du noyau postéro-ambigu du nerf vague, se trouve le centre d'expiration, qui stimule les motoneurones des muscles expiratoires.

Les neurones du centre d'inspiration envoient une bouffée d'influx nerveux plusieurs fois par minute, qui suivent la branche descendant vers les motoneurones de la moelle épinière et en même temps la branche axonale montant vers les neurones du réseau réticulaire formation du pont. Il y a un centre pneumotaxique qui inhibe le centre d'inspiration pendant 1-2 secondes puis le centre inspiratoire stimule à nouveau. Du fait des périodes successives de stimulation et d'inhibition du centre inspiratoire, la rythmicité des respirations est assurée. Le centre inspiratoire est régulé par les impulsions nerveuses provenant de :

  • chimiorécepteurs des lobes cervicaux et aortiques, qui réagissent à une augmentation de la concentration en dioxyde de carbone, à une concentration en ions hydrogène ou à une diminution significative de la concentration en oxygène dans le sang artériel ; les impulsions des caillots aortiques voyagent à travers les nerfs glossopharyngien et vague. et l'effet est l'accélération et l'approfondissement des inhalations
  • interorécepteurs du tissu pulmonaire et propriorécepteurs thoraciques;
  • Les mécanorécepteurs de l'inflation sont situés entre les muscles lisses bronchiques, ils sont stimulés par l'étirement du tissu pulmonaire, ce qui déclenche l'expiration ; puis en réduisant l'étirement du tissu pulmonaire à l'expiration, active cette fois d'autres mécanorécepteursceux déflationnistes qui déclenchent l'inhalation; Ce phénomène s'appelle les réflexes de Hering-Breuer;
  • Le réglage inspiratoire ou expiratoire de la poitrine irrite les propriorécepteurs respectifs et modifie la fréquence et la profondeur de la respiration : plus vous inspirez profondément, plus vous expirez profondément ;
  • centres des niveaux supérieurs du cerveau : cortex, système limbique, centre de thermorégulation dans l'hypothalamus

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Système respiratoire