Mécanique respiratoire et ventilation

Le système respiratoire permet un apport continu en O2 aux cellules de l’organisme, qui sert essentiellement à la production d’énergie sous forme d’ATP par leur mitochondrie. Cela permet également d’éliminer le CO2, principal déchet issu du métabolisme cellulaire. L’apport d’O2 et le rejet du CO2 se réalisent par le biais de cinq processus qui constituent la respiration, à savoir: 

• La VENTILATION PULMONAIRE: acheminement de l’air de l’atmosphère vers les alvéoles pulmonaires par un écoulement de masse ou convection le long des voies aériennes. C’est une phase mécanique qui comprend L’INSPIRATION et L’EXPIRATION. Pour comprendre les mouvements d’air entre les poumons et l’environnement au cours de la respiration, deux lois de physique sont à savoir:
  • La loi de BOYLE-MARIOTTE: à température constante, la pression des gaz dans un compartiment est inversement proportionnelle au volume de ce compartiment (ici les poumons). Les gaz remplissement toujours entièrement le récipient qui les contient. Ceci implique quand le volume d’un compartiment augmente, les molécules de gaz s’éloignent les unes des autres et la pression baisse. Inversement, quand le volume baisse, les molécules de gaz sont comprimées et la pression augmente.
  • la loi DES DEBITS D’AIR: l’air se déplace par écoulement de masse d’une zone de pression élevée vers une zone de basse pression. Déplacement qui se poursuit jusqu’à égalité de pression entre ces deux zones. Le débit aérien est donc la différence de pression le long des voies aériennes par rapport à leur résistance. On retrouve deux pressions respiratoires: la pression alvéolaire (Palv) et la pression intrapleurale (Pip). Pour information la pression atmosphérique (Patm) au niveau de la mer = 760 mmHg = 101.3kPa.
  • INSPIRATION: c’est la phase active du cycle respiratoire car les muscles inspiratoires sont stimulés et se contractent. Le volume de la cage thoracique est augmenté par la contraction des muscles intercostaux (au nombre de 22) et diaphragmatiques [diaphragme s’aplatit et s’abaisse -> plèvre pariétale se déplace avec la cage thoracique -> la plèvre viscérale suit la plèvre pariétale, tirant avec elle le poumon -> les poumons se gonflent, Palv chute et devient inférieur à Patm -> l’air se déplace de l’environnement vers les poumons]
  • EXPIRATION: c’est la phase passive du cycle respiratoire car les muscles inspiratoires ne sont plus stimulés et se relâchent. Durant l’expiration, un volume d’air riche en CO2 équivalent au volume d’air inspiré est rejeté hors des poumons.
• La RESPIRATION EXTERNE: échanges gazeux entre l’air, contenu dans les alvéoles, et le sang des capillaires pulmonaires. Ces échanges se font par DIFFUSION.
  • La PO2 étant plus élevée dans les alvéoles (105 mmHg) que dans le sang des capillaires pulmonaires (40 mmHg), le O2 diffuse de l’air alvéolaire vers le sang.
  • La PCO2 étant plus élevée dans le sang des capillaires pulmonaires (45 mmHg) que dans les alvéoles (40 mmHg), le CO2 diffuse du sang vers les alvéoles pulmonaires.
  • Le sang s’enrichit alors en O2 et s’appauvrit en CO2, il devient rouge vif: c’est L’HEMATOSE
• Le TRANSPORT DES GAZ RESPIRATOIRES DANS LA CIRCULATION PULMONAIRE ET SYSTEMIQUE: assuré par des éléments du sang dont la circulation est permise par l’appareil cardiovasculaire. Ce transport suit le principe de CONVECTION. Une fois que le O2 est passé de l’air alvéolaire aux capillaires sanguins pulmonaires, le O2 à deux destinées:
  • 1,5% du O2 se dissout dans le plasma (c’est cette portion donnant la PO2.)
  • 98,5% du O2 diffuse dans les hématies pour se fixer sur l’hémoglobine, protéine de transport du O2. Une hématie contient environ 300 millions de molécules d’hémoglobine. La fixation du O2 sur l’hémoglobine conduit à l’oxyhémoglobine.
  • Concernant le transport du CO2, celui est transporté dans le plasma sous forme dissoute et combinée (70%) et dans les hématies (30%)
• La RESPIRATION INTERNE: correspond aux échanges gazeux entre le sang des capillaires des tissus et les cellules environnantes. Ces échanges se font par diffusion.
  • La PCO2 étant plus élevée dans les cellules tissulaires (45 mmHg) que dans le sang (40 mmHg), le CO2 diffuse des cellules tissulaires vers le sang.
  • La PO2 étant plus élevée dans le sang des capillaires tissulaires (100 mmHg) que dans les cellules (40 mmHg), le O2 diffuse du sang vers les cellules tissulaires.
• La RESPIRATION CELLULAIRE: étape métabolique qui permet la production d’ATP à partir de la dégradation complète de molécules organiques, en présence d’oxygène. Chaque molécule de glucose dégradée produit 36 molécules d’ATP. La respiration cellulaire se déroule en trois étapes:
  • La glycolyse est la première étape. C’est la transformation du glucose en pyruvate au cours de réactions d’oxydoréduction. Elle a lieu dans le cytoplasme et produit deux molécules d’ATP.
  • La deuxième étape se produit dans la matrice de la mitochondrie c’est-à-dire à l’intérieur de cet organite. Le pyruvate entre dans un cycle de réactions de décarboxylation oxydative qui entraîne le rejet de dioxyde de carbone (CO2) et de molécules réduites, utilisées dans l’étape suivante.
  • La dernière étape se déroule au niveau des crêtes de la membrane interne de la mitochondrie. Les molécules réduites cèdent leurs électrons et protons à travers une chaîne de transport appelée chaîne respiratoire. Le dioxygène (O2) est la dernière molécule qui accepte des électrons en produisant de l’eau (H2O). Cette réaction est couplée à la production d’ATP par l’enzyme ATP synthase.