chimiorécepteurs sensibles aux chutes de pH sanguin consécutives à des augmentations du taux de CO2. Ce sont des plages sensorielles situées dans la paroi de l’aorte et des carotides, les corpuscules ou glomus aortique et carotidien.
Ces surfaces sont le point de départ de réflexes qui, par l’intermédiaire des centres respiratoires bulbaires, modifient le rythme respiratoire dans le sens approprié.
Les Mammifères plongeurs à res-
piration aérienne comme les Cétacés, les Pinnipèdes, les Ours blancs... sont cependant capables de rester sous l’eau pendant des durées relativement considérables (15 minutes chez le Phoque veau marin, 1 heure chez la Baleine bo-réale, jusqu’à 2 heures chez la Baleine à bec) sans que l’accroissement du taux de CO2 sanguin entraîne un réflexe de remontée en surface pour renouveler l’air pulmonaire. Cette relative insensibilité des chimiorécepteurs aortique et carotidien à la teneur du sang en CO2
constitue certainement l’un des caractères adaptatifs essentiels à la plongée.
Le Phoque endormi refait pourtant surface lorsque le CO2 accumulé a dilaté son thorax (baisse de densité).
Les mécanorécepteurs et la
régulation de la ventilation
L’alternance des mouvements d’inspiration et d’expiration est assurée grâce à une inhibition périodique des muscles respiratoires dont la contraction assure l’inspiration. Cette inhibition est déclenchée à la fin de chaque inspiration au-delà d’une certaine distension des poumons ou de la cavité branchiale. Il s’agit d’un mécanisme réflexe (le réflexe de Hering et Breuer), dont le point de départ est constitué par des mécanorécepteurs situés dans les alvéoles pulmonaires ou dans l’épi-thélium branchial. Leur excitation entraîne l’inhibition des centres respiratoires et l’arrêt de l’inspiration.
A. B.
D. Marsland, Principles of Modern Biology (New York, 1945 ; 4e éd., 1964). / C. L. Prosser, Comparative Animal Physiology (Philadelphie, 1950 ; nouv. éd., avec la coll. de F. A. Brown, 1961). / G. G. Simpson, C. S. Pittendrigh et L. H. Tiffany, Life : an Introduction to Biology (New York, 1957 ; 2e éd., 1965). / W. S. Hoar, General and Comparative Physiology (Englewood Cliffs, N. J., 1966). / A. Beaumont et P. Cassier, Biologie animale. Les cordés. Anatomie comparée des vertébrés (Dunod, 1972).
LA RESPIRATION
CHEZ L’HOMME
Le transport de l’oxygène de l’air ambiant aux cellules nécessite l’intervention de deux grands systèmes : le système respiratoire (trachée, bronches, poumons) et le système circulatoire (coeur et vaisseaux). L’oxygène
contenu dans l’air inspiré arrive dans les alvéoles pulmonaires, franchit la membrane alvéolo-capillaire, se fixe sur les globules rouges et parvient ainsi jusqu’aux cellules dont il franchit la membrane. Dans la cellule, il prend une place indispensable dans les mé-
canismes biochimiques, en particulier au niveau des « chaînes respiratoires »
dans les réactions d’oxydoréduction.
Inversement, le gaz carbonique, déchet cellulaire, est pris en charge par le sang qui quitte les cellules. Il gagne les poumons, franchit la membrane alvéolo-capillaire et est rejeté à l’extérieur de l’organisme.
Phénomènes
mécaniques de la
respiration
L’air pénètre dans les poumons lors des mouvements respiratoires (de 12
à 15 par minute). L’inspiration est consécutive à la dilatation du thorax, elle-même due à la mobilité des côtes, qui tendent à s’horizontali-ser, et à l’abaissement de la coupole diaphragmatique. Cela résulte de
l’action des muscles inspiratoires : accessoires (sterno-cléido-mastoïdien, pectoraux, etc.) et surtout principaux (diaphragme, muscles intercostaux, surcostaux, dentelés). Le diaphragme est le plus important. Il sépare la cavité
thoracique de la cavité abdominale. Ses contractions sont commandées par le nerf phrénique, dont l’origine se situe dans la corne antérieure de la moelle épinière, au niveau des centres nerveux respiratoires cervicaux. Lors de l’inspiration, le diaphragme s’abaisse (jusqu’à 10 cm), créant ainsi le vide intrathoracique.
L’expiration est normalement pas-
sive. Pour des fréquences ventilatoires élevées, elle devient active et fait intervenir des muscles expiratoires. Les plus importants de ceux-ci sont les muscles de l’abdomen : grand oblique, petit oblique, transverse, grand droit.
Leur contraction augmente la pression intra-abdominale et fait monter le diaphragme. Ces muscles interviennent pour une ventilation supérieure à 40 l/
mn, au cours de la toux, de l’effort ou de vomissements. L’énergie développée pendant l’inspiration doit vaincre des forces de résistances dues à l’élasticité des poumons (ceux-ci, au repos, tendent à se rétracter, alors que l’air doit forcer pour les dilater), à la rigidité de la cage thoracique, qui résiste à l’expansion, et enfin aux frottements de l’air sur les muqueuses aériennes.
De la notion d’« élasticité pulmonaire à vaincre » découle la notion de compliance, qui caractérise la facilité avec laquelle le poumon se laisse déformer par la force exercée par l’air. La compliance est la variation de volume en fonction de la variation de pression.
Cette notion trouve son intérêt dans l’étude de l’emphysème pulmonaire, des scléroses pulmonaires, où l’élasticité du poumon est diminuée ainsi que la compliance. L’inverse de la compliance est l’élastance.
Volumes et capacités pulmonaires
À chaque mouvement respiratoire, au repos, une certaine quantité d’air entre et sort du poumon. C’est le volume courant, d’environ 500 ml chez l’adulte.
Après une inspiration normale, le poumon peut encore absorber une grande quantité d’air. Cette quantité constitue le volume de réserve inspiratoire.
La capacité inspiratoire représente le volume maximal de gaz qui peut être inspiré à partir du niveau expiratoire de repos. C’est la somme du volume
courant et du volume de réserve inspiratoire. En fin d’expiration, il reste encore beaucoup de gaz dans les poumons. Une grande partie de celui-ci peut être expiré par une expiration forcée et représente le volume de réserve expiratoire. Malgré cela, il restera toujours du gaz dans les poumons : c’est le volume résiduel. La somme du volume downloadModeText.vue.download 91 sur 621
La Grande Encyclopédie Larousse - Vol. 17
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de réserve expiratoire et du volume ré-
siduel représente la capacité résiduelle fonctionnelle.
La capacité vitale est le volume
maximal de gaz qui peut être expulsé des poumons par un effort puissant d’expiration après une inspiration maximale. La capacité pulmonaire
totale est la somme du volume courant, des volumes de réserve inspiratoire et expiratoire et du volume résiduel. On définit le volume respiratoire minute comme étant le produit du volume
courant par la fréquence respiratoire, nombre de mouvements respiratoires par minute. Une autre notion est fondamentale : l’espace mort anatomique.
Lors d’une inspiration, tout l’air inspiré ne parvient pas aux alvéoles. Une partie reste séquestrée dans le nez, la bouche, la trachée et les bronches. Elle n’intervient pas dans les échanges gazeux. Cet espace mort représente environ 150 ml. Pour un volume courant de 500 ml, une fréquence ventilatoire de 20 par minute, le volume gazeux servant aux échanges est de :
20 × (500 – 150) = 7 000 ml/mn.
Pour un volume courant diminué (300 ml par exemple), la ventilation alvéolaire tombe à
20 × (300 – 150) = 3 000 ml/mn.
Cela s’observe dans les dépressions respiratoires.
Les échanges gazeux
Au niveau des alvéoles pulmonaires s’effectue un double échange gazeux à travers la membrane alvéolo-capillaire : passage de l’oxygène (O2) de la cavité alvéolaire vers le sang et passage d’anhydride carbonique (CO2) du sang vers l’alvéole. Ces échanges obéissent à des lois physiques applicables à n’importe quel gaz. Les gaz diffusent de la région de plus haute concentration vers la région de plus basse concentration et dans ces deux régions les concentrations tendent à devenir égales. Les vitesses relatives de diffusion des gaz sont inversement proportionnelles à la racine carrée de leur densité. Autrement dit, un gaz léger diffuse plus facilement qu’un gaz lourd.