Cours CBPH - Premiere ST2S : L'APPAREIL RESPIRATOIRE
Objectif : Comprendre la structure et les fonctions de l'appareil respiratoire, de la ventilation aux echanges gazeux, et leurs regulations.
Introduction :
L'appareil respiratoire assure l'approvisionnement en oxygene (O2) des cellules et l'elimination du dioxyde de carbone (CO2), un dechet du metabolisme. C'est un systeme essentiel a la production d'energie (respiration cellulaire). En France, les maladies respiratoires sont une cause majeure de morbidite (ex : BPCO touche environ 3.5% de la population adulte, source Sante Publique France).
---
1. ANATOMIE : DES VOIES AERIENNES AUX ALVEOLES
L'appareil est divise en voies aeriennes (conduction) et zones d'echanges (alveoles).
A. Les voies aeriennes superieures (au-dessus du larynx)
- Fosses nasales : Filtrent (poils, mucus), rechauffent et humidifient l'air. Role olfactif.
- Pharynx : Carrefour aerien et digestif.
- Larynx : Contient les cordes vocales. L'epiglotte protege les voies aeriennes lors de la deglutition.
B. Les voies aeriennes inferieures
- Trachee : Conduit rigide (anneaux cartilagineux) d'environ 12 cm de long et 2 cm de diametre. Elle bifurque en deux bronches souches.
- Bronches et bronchioles : Les bronches penetrent dans les poumons et se divisent (sous la forme d'un arbre, l'arbre bronchique) en bronches de plus en plus petites, puis en bronchioles (sans cartilage). Leur paroi contient du muscle lisse permettant de reguler le diametre (calibre).
C. Les poumons et la zone d'echange
- Les poumons : Organes pairs, spongieux, situes dans la cage thoracique. Le poumon droit a 3 lobes, le gauche 2 (pour laisser place au coeur). Ils sont entoures de la plevre (double membrane avec liquide pleural facilitant le glissement).
- Les alveoles pulmonaires : A l'extremite des bronchioles, on trouve des grappes de 300 millions d'alveoles en moyenne. Ce sont de minuscules sacs a paroi extremement fine (une cellule d'epaisseur), entoures d'un reseau de capillaires sanguins. C'est le site des echanges gazeux. Leur surface totale est estimee entre 70 et 100 m² (soit environ un terrain de tennis).
A RETENIR : La structure de l'arbre bronchique et des alveoles maximise la surface de contact entre l'air et le sang dans un volume confine (la cage thoracique).
---
2. LA MECANIQUE VENTILATOIRE : LE MOTEUR DE LA RESPIRATION
La ventilation est le mouvement d'entree et de sortie de l'air. C'est un phenomeme actif et rythmique.
- Muscles principaux :
- Le diaphragme : muscle large et mince separant le thorax de l'abdomen. Sa contraction l'aplatit, augmentant le volume thoracique.
- Les muscles intercostaux externes : leur contraction élève les cotes, elargissant la cage thoracique.
- L'inspiration (active) : Contraction du diaphragme et des intercostaux externes -> augmentation du volume thoracique -> diminution de la pression dans les poumons (depression) -> entree d'air.
- L'expiration (generalement passive) : Relachement des muscles -> retour elastique des poumons et de la cage thoracique -> diminution du volume -> augmentation de pression -> sortie d'air. Elle peut devenir active (muscles abdominaux, intercostaux internes) lors d'un effort ou d'une maladie.
Schema textuel :
Inspiration active : Contraction muscles -> Volume thoracique ^ -> Pression pulmonaire v -> Air entre.
Expiration passive : Relachement muscles -> Volume thoracique v -> Pression pulmonaire ^ -> Air sort.
---
3. LES VOLUMES ET CAPACITES RESPIRATOIRES
Ces mesures, realisees par spirometrie, evaluent la fonction pulmonaire.
- Volume courant (Vt) : Volume d'air inspire ou expire au repos. Environ 0.5 L.
- Volume de reserve inspiratoire (VRI) : Volume supplementaire inspire apres une inspiration normale.
- Volume de reserve expiratoire (VRE) : Volume supplementaire expire apres une expiration normale.
- Volume residuel (VR) : Volume d'air restant dans les poumons apres une expiration forcee. Environ 1.5 L. Il empeche l'affaissement des alveoles.
- Capacite vitale (CV) : Volume maximal expire apres une inspiration maximale. CV = VRI + Vt + VRE. Environ 4.5 L chez un adulte jeune sain.
- Capacite pulmonaire totale (CPT) : Volume d'air contenu dans les poumons apres une inspiration maximale. CPT = CV + VR. Environ 6 L.
A RETENIR : Le Volume Residuel (VR) est crucial : il n'est jamais elimine et maintient les alveoles ouvertes. Une augmentation du VR est un signe pathologique (ex : emphyseme dans la BPCO).
---
4. LES ECHANGES GAZEUX ALVEOLAIRES : LA DIFFUSION
Les echanges se font par diffusion simple selon les pressions partielles des gaz (notee P_O2, P_CO2).
- Pressions partielles dans l'air alveolaire (moyennes) :
- P_O2 alveolaire = 100 mmHg (millimetres de mercure)
- P_CO2 alveolaire = 40 mmHg
- Pressions partielles dans le sang arrivant aux alveoles (sang veineux pulmonaire) :
- P_O2 sanguin = 40 mmHg
- P_CO2 sanguin = 45 mmHg
Resultat : Il existe un gradient de pression.
- L'O2 diffuse de l'alveole (P_O2=100) vers le sang (P_O2=40).
- Le CO2 diffuse du sang (P_CO2=45) vers l'alveole (P_CO2=40).
L'O2 se fixe alors a l'hemoglobine (Hb) des globules rouges. Le sang devient arteriel. Le taux de saturation en O2 (SpO2) est normalement de 97 a 98% au niveau de la mer.
---
5. LE TRANSPORT DES GAZ DANS LE SANG
A. Transport de l'oxygene (O2)
- A 98% par l'hemoglobine (Hb). Chaque molecule d'Hb contient 4 atomes de fer (hemes), chacun pouvant fixer une molecule d'O2. On parle d'oxyhemoglobine (HbO2).
- A 2% dissous dans le plasma.
B. Transport du dioxyde de carbone (CO2)
Plus complexe, il se fait sous trois formes :
- Sous forme de bicarbonates (HCO3-) : Environ 70%. Reaction chimique majeure dans les globules rouges : CO2 + H2O -> Acide carbonique (H2CO3) -> H+ + HCO3-.
- Combine a l'hemoglobine (carbaminobemoglobine) : Environ 23%.
- Dissous dans le plasma : Environ 7%.
A RETENIR : La transformation du CO2 en ions bicarbonates est une reaction essentielle qui participe aussi a la regulation du pH sanguin (equilibre acido-basique).
---
6. LA REGULATION DE LA VENTILATION
La respiration est automatique et ajustee en permanence.
- Centre respiratoire bulbaire : Situe dans le bulbe rachidien, il genere le rythme de base (inspiration/expiration).
- Chemorecepteurs : Ils detectent les variations chimiques du sang.
- Centraux (dans le bulbe) : sensibles a l'augmentation du CO2 (via une baisse du pH du liquide cephalo-rachidien). C'est le stimulus principal.
- Peripheriques (dans les arteres carotides et aorte) : sensibles surtout a la baisse severe de l'O2 (hypoxie), mais aussi a l'augmentation du CO2 et a la baisse du pH.
- Boucle de regulation : Une augmentation de la P_CO2 sanguine -> stimulation des chemorecepteurs -> message au centre bulbaire -> augmentation de la frequence et de l'amplitude ventilatoire -> elimination du CO2 en exces -> retour a la normale.
---
7. PATHOLOGIES RESPIRATOIRES FREQUENTES (Vue d'ensemble)
- Asthme : Maladie inflammatoire chronique des bronches, avec hyperreactivite bronchique et bronchoconstriction reversible. Symptomes : dyspnee, sifflements, toux. Facteurs declenchants varies (allergenes, pollution, effort).
- BPCO (Bronchopneumopathie Chronique Obstructive) : Obstruction progressive et irreversible des voies aeriennes, principalement due au tabagisme (80-90% des cas). Elle associe souvent une bronchite chronique et un emphyseme (destruction des parois alveolaires, augmentant le Volume Residuel). Dyspnee invalidante.
- Pneumonie : Infection aigue du parenchyme pulmonaire (alveoles), le plus souvent bacterienne (ex : *Streptococcus pneumoniae*). Elle se traduit par de la fievre, une toux, une dyspnee et une condensation visible a la radiographie pulmonaire. Elle peut etre severe, notamment chez les personnes agees.
Conclusion :
L'appareil respiratoire est une machine fine et regulee, alliant une structure anatomique optimisee pour les echanges a une commande nerveuse et chimique precise. Sa sante est essentielle, et ses pathologies, souvent liees a l'environnement et au mode de vie (tabac), representent un enjeu majeur de sante publique.
