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Système respiratoire

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Le système respiratoire (//www.3dscience.com)

le système respiratoire est un réseau intégré d'organes et de tubes qui coordonne l'échange d'oxygène et de dioxyde de carbone entre un organisme et son environnement.

L'harmonie se voit dans le fait que le système respiratoire chez les animaux implique la consommation d'oxygène et la contribution du dioxyde de carbone à l'environnement, tandis que dans les plantes, le système respiratoire implique la consommation de dioxyde de carbone et la contribution de l'oxygène à l'environnement.

Chez l'homme, l'air pénètre dans le nez ou la bouche et descend par différents tubes jusqu'aux poumons, où l'échange de gaz a lieu. Le diaphragme aspire l'air et le repousse. Cependant, il existe de nombreux systèmes respiratoires différents dans divers organismes, y compris les amphibiens, dont beaucoup peuvent respirer à travers leur peau.

Chez les mammifères, y compris les humains, le système respiratoire commence par le nez et la bouche; l'air pénètre dans les cavités buccales et nasales, qui se combinent pour former le pharynx, qui devient la trachée. L'air descend ensuite les différents tubes jusqu'aux poumons. Les muscles respiratoires assurent la médiation du mouvement de l'air dans et hors du corps. Le système alvéolaire des poumons fonctionne dans l'échange passif de molécules d'oxygène et de dioxyde de carbone, par diffusion, entre l'environnement gazeux et le sang. Ainsi, le système respiratoire facilite l'oxygénation du sang avec une élimination concomitante du dioxyde de carbone et d'autres déchets métaboliques gazeux de la circulation. Le système aide également à maintenir l'équilibre acide-base du corps grâce à l'élimination efficace du dioxyde de carbone du sang.

Anatomie

Chez l'homme et d'autres mammifères, le système respiratoire peut être commodément divisé en une voie respiratoire supérieure (ou "zone conductrice") et une voie respiratoire inférieure ("zone respiratoire").

L'air entrant dans le nez traverse le corps dans l'ordre suivant:

  • Narines
  • Cavité nasale
  • Pharynx (naso-, oro-, laryngo-)
  • Larynx (boîte vocale)
  • Trachée (tuyau de vent)
  • Cavité thoracique (poitrine)
  • Bronches (droite et gauche)
  • Alvéoles (site d'échange de gaz)

Voies respiratoires supérieures / zone conductrice

Les voies respiratoires supérieures commencent par les narines (narines) du nez, qui s'ouvrent dans le nasopharynx (cavité nasale). Les fonctions principales des voies nasales sont les suivantes: 1) filtrer, 2) réchauffer, 3) humidifier et 4) assurer la résonance de la parole. La poussière et les autres impuretés de l'air peuvent être très nocives pour le corps, tout comme l'air extrêmement froid ou sec. Le nasopharnyx s'ouvre dans l'oropharynx (derrière la cavité buccale). Pendant l'inhalation, l'air entrant dans l'oropharynx passe dans le laryngopharynx et se vide dans le larynx (boîte vocale), qui contient les cordes vocales. L'air continue ensuite au-delà de la glotte vers le bas dans la trachée (coupe-vent).

Voies respiratoires inférieures / zone respiratoire

La trachée descend jusqu'à la poitrine, où elle se divise en bronches droite et gauche "tige principale". Les subdivisions de la bronche sont les suivantes: divisions primaire, secondaire et tertiaire (premier, deuxième et troisième niveaux). Au total, les bronches se divisent 16 fois en bronchioles encore plus petites.

Les bronchioles mènent à la zone respiratoire des poumons, qui se compose de bronchioles respiratoires, de canaux alvéolaires et des alvéoles, les sacs multi-lobulés dans lesquels se produit la plupart des échanges gazeux.

Ventilation

La ventilation des poumons chez l'homme est réalisée par les muscles de la respiration, qui comprennent les muscles intercostaux.

Contrôle

La ventilation est contrôlée par le système nerveux autonome. Le centre de régulation de la respiration est situé dans la moelle épinière et les pons, des parties du tronc cérébral contenant une série de neurones interconnectés qui coordonnent les mouvements respiratoires. Les sections sont le centre pneumotaxique, le centre apneustique et les groupes respiratoires dorsal et ventral (Lane 2010). Cette section du cerveau est particulièrement sensible pendant la petite enfance, et les neurones peuvent être détruits si le nourrisson tombe ou est secoué violemment. Le résultat peut être une mort précoce due au «syndrome du bébé secoué» (SIPH 2006).

Inhalation

L'inhalation est entraînée principalement par le diaphragme avec l'aide des muscles intercostaux. Lorsque le diaphragme se contracte, la cage thoracique se dilate et le contenu de l'abdomen est déplacé vers le bas. L'expansion des côtes entraîne un volume thoracique plus important, ce qui entraîne à son tour une diminution de la pression intrathoracique, selon la loi de Boyle. Lorsque la pression à l'intérieur des poumons est inférieure à la pression atmosphérique à l'extérieur du corps, l'air pénètre dans les voies respiratoires pour tenter d'égaliser les pressions.

Au repos, la respiration normale est d'environ 10 à 18 respirations par minute, chaque inhalation durant environ 2 secondes. Les taux de respiration peuvent augmenter pendant l'exercice, la fièvre ou la maladie. Lors d'une inhalation vigoureuse (à des taux supérieurs à 35 respirations par minute) ou à l'approche d'une insuffisance respiratoire, d'autres muscles accessoires sont recrutés pour le soutien.

Pendant l'inhalation forcée, comme lors d'une respiration profonde, les muscles intercostaux externes et les muscles accessoires élargissent davantage la cavité thoracique et plus d'air pénètre dans les poumons à une plus grande vitesse.

Exhalation

L'expiration est généralement un processus passif, cependant, l'expiration active ou «forcée» peut être obtenue à l'aide des muscles abdominaux et intercostaux internes.

Les poumons ont une élasticité naturelle; suite à l'étirement d'une inhalation, les poumons reculent et l'air s'écoule jusqu'à ce que les pressions dans la poitrine et l'atmosphère atteignent l'équilibre. Le flux d'air pendant l'expiration peut être comparé à celui d'un ballon gonflé mais relâché qui recule pour forcer l'air à sortir. À la fin de l'inspiration et de l'expiration, la pression dans les poumons est égale à celle de l'atmosphère.

Lors d'une expiration forcée, comme lors de l'extinction d'une bougie, les muscles abdominaux et les muscles intercostaux internes génèrent une pression abdominale et thoracique supplémentaire, qui force l'air à sortir des poumons avec un volume et une vitesse plus élevés.

Diagramme des alvéoles avec coupe et vue extérieure

Circulation

Le côté droit du cœur humain pompe le sang du ventricule droit à travers la valve semi-lunaire pulmonaire et dans le tronc pulmonaire. Le tronc se ramifie en artères pulmonaires droite et gauche, qui se ramifient en de nombreux vaisseaux sanguins pulmonaires. Une fois le processus d'échange de gaz terminé dans les capillaires pulmonaires, le sang est renvoyé vers le côté gauche du cœur par quatre veines pulmonaires, deux de chaque côté. En raison de la courte distance dans les poumons, la circulation pulmonaire a une résistance beaucoup plus faible que la circulation systémique, et pour cette raison, toutes les pressions à l'intérieur des vaisseaux sanguins pulmonaires sont normalement inférieures aux pressions de la boucle de circulation systémique.

Presque tout le sang du corps passe par les poumons chaque minute. Les poumons ajoutent et éliminent de nombreux messagers chimiques du sang lorsqu'il s'écoule à travers le lit capillaire pulmonaire. Les nombreux capillaires fins emprisonnent également les caillots sanguins qui peuvent s'être formés dans les veines systémiques.

Échange de gaz

La fonction principale du système respiratoire est l'échange de gaz. Comme l'échange de gaz se produit chez l'homme, l'équilibre acido-basique du corps est maintenu en tant que composante de l'homéostasie. En l'absence d'une ventilation adéquate, deux conditions peuvent survenir: 1) une acidose respiratoire, une affection potentiellement mortelle causée par une insuffisance de ventilation, ou 2) une alcalose respiratoire, causée par un excès de ventilation ou une hyperventilation.

L'échange de gaz se produit au niveau des alvéoles, la composante fonctionnelle de base des poumons. Les parois alvéolaires sont extrêmement minces (environ 0,2 micromètre) et sont perméables aux gaz. Des capillaires pulmonaires tapissent les alvéoles; les parois de ces capillaires sont également suffisamment minces pour permettre l'échange de gaz. Parce qu'il y a plus d'oxygène dans l'air alvéolaire que dans le sang des capillaires pulmonaires, l'oxygène diffuse de l'air vers le sang. Par le même mécanisme, le dioxyde de carbone diffuse dans la direction opposée, du sang capillaire à l'air alvéolaire. Après la diffusion, le sang pulmonaire est riche en oxygène et les poumons sont pleins de dioxyde de carbone. L'expiration suit pour débarrasser le corps du dioxyde de carbone toxique, complétant le cycle de respiration.

Chez un adulte au repos moyen, les poumons absorbent environ 250 ml d'oxygène et excrètent environ 200 ml de dioxyde de carbone chaque minute. Au cours d'une respiration moyenne, un adulte échangera de 500 à 700 ml d'air. Cette capacité respiratoire moyenne est appelée le volume courant.

Développement

Le système respiratoire est dormant chez le fœtus humain pendant la grossesse. À la naissance, le système respiratoire est vidangé et nettoyé pour assurer le bon fonctionnement du système. Si un nourrisson naît prématurément, le nouveau-né peut souffrir d'une insuffisance respiratoire due à des poumons sous-développés. Le développement incomplet des cellules des alvéoles de type II entraîne une carence en surfactant, un agent crucial impliqué dans la diminution de la tension lors des échanges gazeux (Widmaier 2005). En l'absence de tensioactif suffisant, les alvéoles s'effondreront en raison de la tension superficielle de l'eau restant dans les poumons. Cette condition est souvent appelée «syndrome de détresse respiratoire» du nouveau-né; il peut être évité si la mère reçoit une série de injections de stéroïdes dans la dernière semaine avant l'accouchement. Les stéroïdes accélèrent le développement des cellules alvelolaires de type II (Sullivan 2001).

Rôle dans la communication

Le mouvement du gaz à travers le larynx, le pharynx et la bouche permet aux humains de parler, ou phonate. Pour cette raison, le mouvement du gaz est extrêmement vital à des fins de communication, notamment pour parler, chanter ou siffler.

Conditions du système respiratoire

Les troubles du système respiratoire peuvent être classés en quatre domaines généraux:

  • Conditions obstructives (par exemple, emphysème, bronchite, crises d'asthme)
  • Conditions restrictives (par exemple, fibrose, sarcoïdose, lésions alvéolaires, épanchement pleural)
  • Maladies vasculaires (p. Ex. Œdème pulmonaire, embolie pulmonaire, hypertension pulmonaire)
  • Maladies infectieuses, environnementales et autres (p. Ex. Pneumonie, tuberculose, asbestose, polluants particulaires) poumons. L'incapacité à tousser peut entraîner une infection et une inflammation. Les exercices de respiration profonde peuvent aider à maintenir les structures plus fines des poumons à l'écart des particules, etc.

En raison de sa grande surface, les voies respiratoires sont constamment exposées aux microbes, ce qui explique pourquoi le système respiratoire comprend de nombreux mécanismes pour se défendre et empêcher les agents pathogènes de pénétrer dans le corps.

Les troubles du système respiratoire sont généralement traités en interne par un pneumologue.

Échange de gaz dans les usines

Les plantes inhalent du dioxyde de carbone pour être utilisées dans leurs fonctions corporelles, y compris la photosynthèse, et expirent l'oxygène gazeux en tant que déchet, tout à fait à l'opposé des animaux, qui inhalent de l'oxygène et expirent du dioxyde de carbone.

La respiration des plantes est limitée par le processus de diffusion. Les plantes absorbent le dioxyde de carbone par des trous sur la face inférieure de leurs feuilles appelées stomie. La plupart des plantes ont besoin de peu d'air (Perkins 2003). Différentes plantes, cependant, peuvent nécessiter des quantités variables d'air et de dioxyde de carbone pour fonctionner. Généralement, il y a relativement peu de cellules vivantes à l'extérieur des surfaces végétales car l'air, nécessaire à l'activité métabolique, ne pénètre que superficiellement. La plupart des plantes ne participent pas à des activités hautement aérobies et n'ont donc pas besoin de ces cellules vivantes.

Les références

  • Lane Community College. 2010. Régulation de la respiration. media.lanecc.edu. Récupéré le 25 juillet 2016.
  • Perkins, M. 2003. Présentation Power Point sur la respiration. Document de cours de biologie 182. Orange Coast College: Costa Mesa, Californie.
  • Institut de la Saskatchewan sur la prévention des handicaps (SIPH). 2006. Fiche d'information sur le syndrome du bébé secoué. USASK.CA. Récupéré le 11 juillet 2007.
  • Sullivan, L. C. et S. Orgeig. 2001. La dexaméthasone et l'épinéphrine stimulent la sécrétion de surfactants dans les cellules de type II des poulets embryonnaires. Suis J Physiol réglementaire intégrative Comp Physiol. 281: 770-777.
  • Widmaier, E., H. Raff et K. Strang. 2005. Physiologie humaine de Vander. McGraw-Hill. ISBN 0073122866

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