Système respiratoire
Découvrir l’anatomie et le fonctionnement du système respiratoire, des voies aériennes aux échanges gazeux pulmonaires.
SOMMAIRE
I. Généralités
Le système respiratoire regroupe les organes permettant la circulation de l’air et les échanges gazeux entre l’organisme et le milieu extérieur.
Il comprend :
- le nez et les cavités nasales ;
- le pharynx ;
- le larynx ;
- la trachée ;
- les bronches et les bronchioles ;
- les poumons ;
- les alvéoles pulmonaires.
Le système respiratoire participe également :
- à l’équilibre acido-basique ;
- à la phonation ;
- à l’olfaction ;
- au réchauffement, à l’humidification et à la filtration de l’air inspiré ;
- à la défense contre les particules et les agents pathogènes inhalés.
II. Organisation des voies aériennes
Le système respiratoire est divisé en voies aériennes supérieures et inférieures.
Voies aériennes supérieures
Elles comprennent : le nez et les cavités nasales, le pharynx, le larynx. Elles assurent :
- la conduction de l’air ;
- sa filtration ;
- son humidification ;
- son réchauffement ;
- l’olfaction ;
- la phonation ;
- la protection des voies aériennes inférieures.
Nez et cavités nasales
Les cavités nasales sont deux espaces creusés dans le massif facial et séparés par le septum nasal.
La muqueuse nasale est vascularisée et partiellement tapissée d’un épithélium cilié. Les poils, le mucus et les cils permettent de piéger puis d’évacuer une partie des particules inhalées.
Le déplacement du mucus vers le pharynx par les cils constitue la clairance mucociliaire.
Pharynx
Le pharynx est un conduit commun aux voies respiratoires et digestives. Il constitue un carrefour aérodigestif.
Il comprend :
- le nasopharynx ou rhinopharynx ;
- l’oropharynx ;
- le laryngopharynx ou hypopharynx.
Larynx
Le larynx relie le pharynx à la trachée.
Il est constitué de plusieurs cartilages, dont :
- le cartilage thyroïde ;
- le cartilage cricoïde ;
- les cartilages aryténoïdes ;
- l’épiglotte.
Il assure trois fonctions principales :
- le passage de l’air ;
- la phonation grâce aux cordes vocales ;
- la protection des voies respiratoires au cours de la déglutition.
Voies aériennes inférieures
Elles comprennent :
- la trachée ;
- les bronches ;
- les bronchioles ;
- les structures alvéolaires.
On distingue deux zones fonctionnelles :
Elle transporte l’air sans participer directement aux échanges gazeux.
C’est la zone des échanges gazeux. Elle comprend principalement :
III. Trachée et arbre bronchique
Trachée
La trachée est un conduit situé entre le larynx et les bronches principales.
Elle mesure environ 10 à 12 cm chez l’adulte et se trouve en avant de l’œsophage.
Sa paroi est renforcée par des anneaux cartilagineux incomplets en forme de C, qui maintiennent les voies aériennes ouvertes.
La trachée se divise au niveau de la carène en :
- bronche principale droite ;
- bronche principale gauche.
Un corps étranger inhalé se dirige donc plus fréquemment vers l’arbre bronchique droit.
Arbre bronchique
Les voies aériennes se ramifient progressivement :
Les bronchioles ne possèdent pas de cartilage. Leur paroi contient des fibres musculaires lisses capables de modifier leur diamètre.
- La bronchoconstriction diminue le calibre des voies aériennes et augmente les résistances au passage de l’air.
- La bronchodilatation augmente le calibre bronchique et facilite le passage de l’air.
IV. Poumons et plèvre
Les poumons sont situés dans la cage thoracique, de part et d’autre du médiastin et au-dessus du diaphragme.
- Supérieur
- Moyen
- Inférieur
- Supérieur
- Inférieur
Légèrement plus petit en raison de la présence du cœur.
Hile pulmonaire
Sur la face médiale de chaque poumon se trouve le hile pulmonaire, zone de passage des éléments formant la racine du poumon :
- bronche principale ;
- artère pulmonaire ;
- veines pulmonaires ;
- vaisseaux bronchiques et lymphatiques ;
- nerfs.
Plèvre
Chaque poumon est entouré d’une membrane appelée plèvre, constituée de deux feuillets :
Le liquide pleural facilite le glissement des feuillets lors de la respiration.
La pression intrapleurale normalement négative contribue à maintenir les poumons déployés contre la paroi thoracique.
V. Alvéoles et échanges gazeux
Les alvéoles pulmonaires sont de petites cavités remplies d’air situées à l’extrémité de l’arbre respiratoire. Elles sont entourées d’un réseau dense de capillaires pulmonaires.
Leur paroi comporte :
Surfactant
Le surfactant pulmonaire est une substance qui tapisse la face interne des alvéoles.
Il diminue la tension superficielle et contribue :
- à maintenir les alvéoles ouvertes ;
- à prévenir leur collapsus en fin d’expiration ;
- à améliorer la compliance pulmonaire ;
- à réduire le travail respiratoire.
Membrane alvéolo-capillaire
La membrane alvéolo-capillaire sépare l’air alvéolaire du sang des capillaires pulmonaires.
Les échanges gazeux s’effectuent par diffusion passive, selon les différences de pression partielle :
- l’O₂ diffuse de l’alvéole vers le sang ;
- le CO₂ diffuse du sang vers l’alvéole avant d’être expiré.
Trois phénomènes sont indispensables à une hématose efficace :
VI. Circulation pulmonaire
La circulation pulmonaire, ou petite circulation, conduit le sang veineux vers les poumons afin qu’il soit oxygéné.
Le trajet est le suivant :
Les artères pulmonaires transportent un sang pauvre en O₂ et riche en CO₂.
Les veines pulmonaires transportent un sang riche en O₂.
Une artère se définit donc comme un vaisseau qui quitte le cœur, et une veine comme un vaisseau qui revient vers le cœur, indépendamment de l’oxygénation du sang.
VII. Mécanique ventilatoire
La ventilation pulmonaire alterne deux phases : l’inspiration et l’expiration.
L’air se déplace toujours d’une zone de pression élevée vers une zone de pression plus faible.
Muscle principal : diaphragme
Elle résulte du relâchement des muscles inspiratoires et du recul élastique.
Facteurs influençant la ventilation
Capacité des poumons à se distendre sous l’effet d’une variation de pression.
Opposition des voies aériennes au passage de l’air.
La tension superficielle du liquide alvéolaire tend à favoriser la rétraction des alvéoles.
VIII. Volumes respiratoires
Les volumes pulmonaires varient selon l’âge, le sexe, la taille et la morphologie. Les chiffres indiqués sont donc des valeurs moyennes.
- Fréquence respiratoire (FR) : nombre de cycles respiratoires par minute. Chez l’adulte au repos, elle est habituellement comprise autour de 12 à 20 cycles par minute.
- Volume courant (VT ou VC) : volume d’air inspiré ou expiré au cours d’une respiration normale. Il est d’environ 500 mL chez l’adulte au repos.
- Volume de réserve inspiratoire (VRI) : volume d’air supplémentaire pouvant être inspiré après une inspiration normale.
- Volume de réserve expiratoire (VRE) : volume d’air supplémentaire pouvant être expiré après une expiration normale.
- Volume résiduel (VR) : volume d’air restant dans les poumons après une expiration maximale. Il ne peut pas être expiré volontairement.
Les principales capacités et relations entre ces volumes sont :
Volume maximal mobilisable entre une inspiration maximale et une expiration maximale.
Volume total contenu dans les poumons après une inspiration maximale.
Volume total d’air mobilisé en une minute.
Une partie de l’air reste dans les voies aériennes de conduction et ne participe pas aux échanges gazeux : c’est l’espace mort anatomique.
IX. Transport des gaz respiratoires
Transport de l’oxygène
L’O₂ est transporté dans le sang sous deux formes :
- principalement lié à l’hémoglobine ;
- en faible quantité dissous dans le plasma.
La fixation de l’O₂ sur l’hémoglobine forme l’oxyhémoglobine.
La saturation en oxygène correspond au pourcentage de sites de fixation de l’hémoglobine occupés par l’O₂.
La libération de l’O₂ vers les tissus est favorisée notamment par :
- l’augmentation du CO₂ ;
- la diminution du pH ;
- l’augmentation de la température.
Transport du dioxyde de carbone
Le CO₂ est transporté :
- dissous dans le plasma ;
- lié à des protéines, dont l’hémoglobine ;
- principalement sous forme d’ions bicarbonate HCO₃⁻.
La réaction suivante, facilitée par l’anhydrase carbonique des globules rouges, participe au transport du CO₂ et à la régulation de l’équilibre acido-basique :
Une diminution de la ventilation alvéolaire favorise l’accumulation de CO₂ et l’hypercapnie. Une augmentation de la ventilation alvéolaire favorise son élimination et peut entraîner une hypocapnie.
X. Régulation de la ventilation
La ventilation est principalement contrôlée automatiquement par des réseaux nerveux situés dans le tronc cérébral, au niveau du bulbe rachidien et du pont.
Elle peut également être modulée volontairement, notamment lors de la parole, du chant ou d’une apnée volontaire.
Par l’intermédiaire des modifications du pH du liquide cérébrospinal.
Pour résumer
