PHYSIOLOGIE RESPIRATOIRE
I.Introduction 1.Définition
La respiration en biologie a 2 significations :
en biologie cellulaire et en biochimie : c’est l’ensemble des réactions métaboliques de l’oxygène avec les substrats énergétiques dans l’organisme permettant de fournir de l’énergie, chimique et mécanique, et des déchets.
en physiologie, c’est l’étude de l’organisme considéré comme un système d’échanges gazeux entre les cellules et le milieu extérieur : comment l’organisme reçoit l’O2 nécessaire aux oxydations cellulaires et rejette le CO2 produit par les cellules.
2.Phylogenèse a)Chez les animaux unicellulaires et paucicellulaires :
Les échanges se font par diffusion en fonction des gradients de pression : l’O2 entre dans la cellule et le CO2 en sort. C’est un phénomène passif qui ne consomme pas d’énergie.
b)Chez les métazoaires
Ce mécanisme est impossible, les cellules n’étant pour la plupart pas en contact avec le milieu ambiant. Il s’ensuit un système de structures de transport des gaz à plusieurs étapes : respiratoire, cardio-vasculaire permettant d’assurer aux tissus un débit d’O2 suffisant et d’éliminer les déchets (l’accumulation de CO2 met en péril la vie cellulaire).
Chez les poissons : les branchies (de part et d’autre de la tête) provoquent un courant continu d’eau permettant d’extraire l’O2 et de rejeter le CO2.
Chez les mammifères : appareil respiratoire, système à 5 étapes faisant intervenir
les poumons : échange de gaz (entrée O2 et sortie de CO2)
l’appareil cardio-vasculaire avec la petite circulation qui irrigue le poumon (coeur droit) et la grande circulation (coeur gauche) qui forme un réseau capillaire pour amener le sang jusqu’aux cellules. l’O2 est pris en charge sous forme dissoute et combinée (phase liquide de O2).
Le SNC ajuste la respiration et le système cardio-vasculaire.
3.Schéma de l’organisation de l’appareil respiratoire
Première étape : ventilation pulmonaire (à bien distinguer de la respiration). Le poumon est un organe qui est en contact très étroit avec le milieu extérieur. C’est une pompe qui augmente et diminue de volume de façon alternative et périodique. L’alternance de mouvements d’inspiration et d’expiration fait intervenir deux éléments : le diaphragme qui s’abaisse à l’inspiration et la bouche. Cette pompe ventilatoire mobilise 12000 litres d’air par jour.
mouvement mesurable d’entrée et sortie d’air.
Deuxième étape : diffusion des gaz de l’alvéole vers le sang. L’air inspiré se dilue dans un volume 6 fois plus grand. Ce grand volume permet d’approvisionner l’organisme en O2. Il constitue un volume d’air intermédiaire, un tampon, entre l’air extérieur et le sang. Les échanges hémato-alvéolaires (alvéolo capillaires) se font par diffusion, en continu. La diffusion n’est possible que pour les gaz solubles : O2, CO2.
L’hélium ne passe pas à travers les membranes.
N2 passe très mal.
O2 : 500 à 700 l par jour passent à travers les membranes
CO2 : idem en sens inverse.
Troisième étape : transport du gaz par le sang : hématose. Les gaz sont sous forme dissoute ou combinée (à l’hémoglobine pour O2, à l’eau pour CO2), sont transportés à la périphérie grâce au sang.
8000 à 10000 l de sang perfusent chaque jour les poumons, permettant de délivrer aux cellules 500 à 700 l O2 et d’extraire autant de CO21.
Quatrième étape : les gaz passent dans le tissu interstitiel (entoure les cellules) : 500 à 700 l O2 et CO2 par jour.
Cinquième étape : passage du gaz entre le tissu interstitiel et la cellule. L’ensemble des cellules consomme 500 à 700 l O2 et élimine autant de CO2.
à chaque étape, la même quantité d’O2 est transportée.
Remarques : rapport ventilation – perfusion.
les poumons contiennent beaucoup d’unités fonctionnelles : nombreux vaisseaux et alvéoles. Il faut que les zones bien ventilées soient bien perfusées et les zones bien perfusées doivent être bien ventilées.
le rapport ventilation / perfusion doit être régulé.
Le système ne fonctionne pas toujours de la même façon : il ne fonctionne pas de façon automatique. Un système de contrôle et de régulation, nerveux et hormonal permet de faire fonctionner le diaphragme, de modifier la ventilation et le transport des gaz par le sang. Quand la ventilation augmente, le débit cardiaque augmente
4.Autres fonctions de l’appareil respiratoire
Outre les échanges gazeux entre l’extérieur et la cellule,
fonction d’épuration des particules étrangères inhalées dans l’arbre aérien
réchauffement et humidification des gaz.
fonction métabolique : la circulation pulmonaire reçoit la totalité du débit cardiaque (c’est le seul organe dans ce cas). Il contient beaucoup de cellules endothéliales. Elles sont à l’origine de substances qui vont réguler la pression artérielle, participer aux fonctions immunitaires...
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