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La respiration
Les cellules ont besoin d’un apport constant d’oxygène. Leur métabolisme produira du Co2 qu’il va
falloir éliminer.
On entend par respiration, des réactions chimiques de dégradation en présence d’O2. On inclut aussi
les échanges d’O2 et de CO2 entre le milieu ambiant et la circulation (= la ventilation). Les
phénomènes qui permettent ces échanges sont régis par la loi de FICK (loi de la diffusion) 
phénomènes relativement lents.
Ces échanges, pour notre corps, ne pourront pas s’effectuer sans le système respiratoire qui va être
couplé au système circulatoire.
I/ Structure du système respiratoire
Nous sommes entourés d’une concentration 50 fois plus importante en oxygène qu’un poisson. Au
niveau du système respiratoire on trouve :
A) Zone de conduction
Espace mort car l’air qui va s’y trouver n’atteindra jamais les poumons. Il est constitué par des
conduits rigides qui amènent l’air aux alvéoles.
L’air pénètre dans les voies aériennes par le nez et/ou la bouche, puis passe dans le pharynx (gorge),
passage commun air et nourriture. Le pharynx se divise en deux : l’œsophage et le larynx. Le larynx
s’ouvre sur un long conduit : la trachée, qui se
divise en deux bronches entrant chacune dans
un poumon.
Lors de l’inspiration l’air va voyager :
-
soit par les fosses nasales
soit par la cavité buccale.
B) Zone respiratoire
La trachée est un tube rigide grâce à la
présence d’anneau de cartilage. Puis se divise
en deux bronches (= dichotomie). Il y a 23
dichotomies.
La zone respiratoire commence lorsque que
les bronchioles vont se terminer en bronchioles
terminales qui vont donner naissance à ce
qu’on appelle les alvéoles.
Chez l’Homme il y a environ 300 millions d’alvéoles, ça représente une surface d’environ 75 à 100 m2.
A chaque instant, il y a environ 300 à 500ml ml de sang dans les alvéoles.
II/ La ventilation pulmonaire
Les poumons sont enfermés dans la cage thoracique qui est relié par les bronches. Mais les poumons
n’ont pas un rôle actif dans ce phénomène, à l’exception des pneumocytes de types II qui
contiennent de nombreuses fibres élastiques.
Les modifications de la cage thoracique vont se faire sous l’influence de différents muscles :
A) Les différents muscles
1. Le diaphragme : le plus important.
C’est un feuillet musculaire bombé qui joue un rôle fondamental lors de l’expiration :
Au repos il est bombé et lors de l’inspiration il va s’abaisser, sa surface qui est d’environ 125 cm2, il va
s’abaisser d’environ 1,25cm, cet abaissement va provoquer un abaissement de volume de 300 mL.
Lors d’une expiration forcée il va pouvoir s’abaisser de 10cm.
2. Les muscles intercostaux (internes et externes)
Lors de l’inspiration les externes vont se contracter et les côtes vont alors se rapprocher ; On a donc
un soulèvement de la cage thoracique  augmentation de volume. Ce relèvement augmente le
volume d’environ 200ml.
B) Phénomène actif et passif
1. L’inspiration
C’est un phénomène actif qui est d’origine central  centres respiratoire. Qui va nécessiter 2
nerfs :
-
Diaphragme  nerf phrénique
Muscle intercostaux  nerf intercostaux
Ces nerfs font partie du système involontaire mais ils peuvent être volontaires si nécessaires.
2. Le phénomène d’expiration est lui un phénomène passif
C’est un phénomène passif.
-
Homme  respiration au niveau du diaphragme
Femme  respiration intercostal
C) Variation de volume dans la cage thoracique
1) Histologie
Comment les variations de volume dans la cage thoracique vont-elles permettre l’arrivé d’un
courant d’air ?
Les poumons et la cage thoracique sont tapissés par un double feuillet appelé des « plèvres », ils
recouvrent
-
soit le poumon lui-même (plèvre viscéral)
soit la face interne contre la cage thoracique (plèvre pariétale).
Ces deux feuillets qui sont en contact très intime vont délimiter la cavité pleurale qui est un espace
virtuel.
Lorsqu’on va inspirer, on va augmenter le volume à l’intérieur de la cavité pulmonaire, on va
diminuer la pression et la pression intra va augmenter. L’air va s’en aller et on revient au rythme
précédent. Avec une variation d’un mmHg ; on va faire voyager 0.5L d’air.
2) La tension superficielle :
On peut la modifier en utilisant des lipides. Les molécules de lipides vont s’intercaler entre les
molécules d’eau, on diminue alors la TS ce sont des agents surfactants.
Plus le volume est petit et plus la TS sera grande. Les alvéoles n’ont pas toutes le même volume.
Lorsque l’alvéole est plus petite son volume se vide vers l’alvéole plus grosse. Le surfactant va se
mettre au niveau de l’interface eau/liquide et va diminuer la pression, il y a donc un équilibre entre
les alvéoles.
3) Volume respiratoire

Le volume courant
Le premier est appelé volume courant, il correspond à notre respiration dans des conditions
normales. En moyenne on expire 0,5L.

Le volume inspiratoire VRI
Il y a ensuite le volume de réserve respiratoire (VRI)  inspiration maximale (2,5 à 6L). Le VRI est
d’environ 3,5L en moyenne.

Le volume expiratoire
Le volume de réserve expiratoire  1L
Même si on expire au maximum, il restera toujours dans les poumons environ 1L d’air  volume
résiduelle.
En tout, la capacité respiratoire maximale est d’environ 5L.
Dans le volume courant il y a l’espace mort (larynx, pharynx, trachée) donc à chaque inspiration
arrive aux poumons seulement 350mL d’air frais.
4) Air atmosphérique / air alvéolaire
Les variations de volume de la cage thoracique ne débarrassent jamais totalement les poumons de
leur contenu. On a 0,5L, mais on utilie que 350mL.
Lors de chaque inspiration l’air alvéolaire est modifiée seulement de 1/8ème.
Composition de l’air atmosphérique par rapport à l’air alvéolaire :
l’air atmosphérique
N2 78,6%  PH2 = 597 mm Hg
O2 20%  PO2 = 159 mm Hg
CO2 0,05 %  PCO2 = 0,2 mm Hg
H2O 0,5 %  3,8
air alvéolaire
74%  564 mm Hg
14%  PO2 = 104 mm Hg
5,5 %  PCO2 = 40 mm Hg
6%  PH2O = 47mm Hg
Il y a un film d’eau qui va tapisser la surface des alvéoles.
L’air est séparé des poumons uniquement par les capillaires et les pneumocytes.
Les pneumocytes de type I sont des pneumocytes structuraux qui possèdent les fibres élastiques. De
place en place viennent se placer les pneumocytes de type II.
Pourquoi l’eau contenue dans le sang n’envahit pas les poumons ?
La force hydrostatique est la force qui va pousser l’eau vers l’endroit dépourvue d’eau. Cette force
est de +5mm Hg. A côté de cette force il y a la pression oncotique, c’est-à-dire la pression exercée
par les protéines du plasma. Elle est d’environ « – 28mm Hg ». (-28 + 5 = - 23 mm Hg)
Au contraire l’eau ne va pas passer des capillaires vers les alvéoles, mais des alvéoles vers la
circulation.
Les échanges au niveau de la paroi alvéolaires vont tenir compte du gradient de concentration et
également de la solubilité du gaz dans l’eau. La solubilité du gaz dans l’eau va définir la vitesse de
diffusion.
Pour l’oxygène la vitesse de diffusion est relativement faible  25 ml/min/mm Hg. L’oxygène va
passer sans problème des poumons vers le sang.
La vitesse de diffusion du Co2 est très rapide  400ml/min/mm Hg
III/ Transport de l’oxygène des poumons vers les tissus
A) Transport des poumons vers les tissus
1) Diffusion à travers la membrane pulmonaire
Bien que l’O2 soit très peu soluble, les échanges sont rapides. Lorsque ça passe la membrane
pulmonaire, ça passe dans le sang
2) L’étape sanguine
L’O2 dans le sang va se trouver sous deux formes. La première s’est dissoute dans le plasma.

La quantité d’oxygène transporté va être selon la loi de Henry proportionnelle à la pression
partielle en O2. Pour une pression partielle égale à 100 mm Hg  100 ml de plasma va
dissoudre 0,33 ml d’O2.

Pour une P02 = 400 mm Hg  100 ml de plasma dissout 0,13ml d’O2. Le plasma peut donc
apporter 0,20 ml d’O2.
Au repos un individu consomme en moyenne 250 ml d’oxygène par minute. Donc pour que le plasma
soit efficace, il faudrait que le débit sanguin soit égal à 125L/min, soit une augmentation du débit de
25 fois.
Si on augmente la PO2 au niveau des alvéoles il faut une pression de 3 atm  toxique
Les premiers organes qui seront touché par l’augmentation de la pression sont les yeux puis les
poumons. La 2e force de transport dans le sang c’est :
 Les pigments respiratoires (chez l’Homme = les hémoglobines)
98% des pigments respiratoires se trouvent dans l’hémoglobine, c’est-à-dire les globules rouges
Hb + O2  HbO2
3)
Hémoglobine
L’hémoglobine est une hétéroprotéine qui va être formé de globine formé de 2 chaines alpha et 2
chaines Beta.
Associé à eux on a « l’Hème » formé de 4 noyaux pyroles qui contiennent du fer à l’état ferreux.
Il existe 4 groupes d’hèmes qui sont situés chacun à la surface des molécules au niveau de chaque
chaine peptidique. Une molécule d’hémoglobine peut donc fixer 4 molécules d’O2.
Remarque : Le taux d’hémoglobine glyqué ne doit pas dépasser 6 sinon l’individu est diabétique.
Comment l’oxygène peut se fixer sur l’hémoglobine ?

Courbe de dissociation de l’oxyhémoglobine :
Quand le sang quitte les poumons la saturation en oxyhémoglobine est de 100 %
A une altitude de 2000 mètres le taux de saturation est de 75%, on peut encore respirer
normalement. A 3000 m on commence à avoir des problèmes de respiration puisqu’elle descend à
environ 50% donc il faut respirer beaucoup plus vite pour pouvoir s’oxygéner.
Lors d’un exercice musculaire violent il y a une augmentation du débit cardiaque d’un facteur 60,
multiplication de la libération d’oxygène d’un facteur 3. On estime qu’on est capable dans ce cas de
donner 60 fois plus d’oxygène à nos muscles.

Variation de la courbe de dissociation de l’oxyhémoglobine
L’hémoglobine peut varier par rapport à un certains nombres de paramètres :
-
La pression partielle en CO2
La courbe rouge signifie qu’il y a plus de mm
Hg et donc plus de libération de CO2.
C’est l’effet Bohr : Il y a beaucoup plus que
les conditions normales  Exercice. On
utilise plus d’O2 donc, cela représente la
courbe rouge
-
La température
Lorsque la température augmente on libère
plus d’oxygène (par exemple lors de la courbe
orange il y a une forte libération d’O2.
-
Le monoxyde de carbone (CO)
Le Co va se fixer sur les sites de l’hémoglobine  carboxyhémoglobine
L’affinité de l’hémoglobine pour le Co est 250 fois supérieure à celle de l’oxygène.
-
Influence du 2-3-diphosphoglycérate ( :2-3 DPG)
C’est un métabolite intracellulaire présent dans toutes les cellules mais en quantité très élevé dans
les globules rouges. C’est un anion qui est fortement chargé, il va se mettre dans la molécule
d’hémoglobine et va permettre la libération d’oxygène. Un globule rouge contient autant
d’hémoglobine que de 2-3 DPG.
Dans les cellules âgées la synthèse du 2-3 DPG diminue. Les globules rouges libèrent alors moins
d’oxygène. Les personnes âgées doivent alors augmenter leur ventilation.

Pour le cas chez la mère et le bébé :
Dans le placenta, l’hémoglobine de la mère doit être capable de libérer de l’oxygène pour que l’hémo
du bébé le capte et l’amène dans son organisme. Ceci est dû au fait que la structure de
l’hémoglobine fœtale est différente de celle maternelle. Au lieu d’avoir de 2 chaines alpha et Beta on
a chez le bébé 2 chaines alpha et gamma.
B) Transport de l’oxygène du sang vers les tissus
1) Transport du CO2
 Diffusion dans le sang : C’est le produit terminal majeur et ça nous donne au niveau des
tissus une pression partielle en CO2 d’environ 50 mm Hg. Or dans le sang artériel la PCO2 est
égal à 40 mm Hg. On a alors un delta de -10 mm Hg.
Dans le sang veineux on a une PCO2 de 48 mm Hg.
2) Etape sanguine
La quantité d’O2 dans le sang est sous trois formes :
-
Forme dissoute : ça représente 5 à 6 % du transport du CO2, on a environ 3ml de CO2 dissous
pout 100 ml de plasma.
-
Composés carbaminés : représente 10 à 20%, c’est la combinaison du CO2 avec une protéine
qui présente des radicaux NH2 libres.
L’hémoglobine réduite (qui n’a plus d’O2) fixe trois plus de CO2 que l’hémoglobine oxygénée.
R-NH2 + CO2 = R-NGCOO- + H+
L’O2 se fixe au NH2 de la protein. L’hémoglobine est capable de transporter du NH2 et du CO2 en plus.
L’hémoglobine réduite (= sans oxygène) fixe trois fois plus de CO2 que l’hémoglobine oxygénée.
-
Réaction d’hydratation : 70 à 80% sous forme de bicarbonate de sodium
La réaction d’hydratation c’est CO2 + H2  H2CO3  H+ + HCO3Dans les globules rouges il y a une enzyme appelée Anhydrase carbonique qui est capable de
multiplier par 13 000 la réaction. Les ions H+ vnt être pris en charge par H+ ce qui va diminuer a
variation de PH
3) Diffusion vers les poumons
Elle se fait sans aucun problème puisque le CO2 est très soluble.