SYSTÈME RESPIRATOIRE: FONCTIONS, PIÈCES, FONCTIONNEMENT - LA BIOLOGIE

Le système respiratoire ou système respiratoire comprend une série d'organes spécialisés médiatisant les échanges gazeux, ce qui implique l'absorption d'oxygène et l'élimination du dioxyde de carbone.

Il existe une série d'étapes qui permettent l'arrivée d'oxygène dans la cellule et l'élimination du dioxyde de carbone, y compris l'échange d'air entre l'atmosphère et les poumons (ventilation), suivi de la diffusion et de l'échange de gaz à la surface du poumon, le transport de l'oxygène et les échanges gazeux au niveau cellulaire.

Par LadyofHats, Jmarchn, via Wikimedia Commons

C'est un système varié dans le règne animal, composé de différentes structures selon la lignée étudiée. Par exemple, les poissons ont des structures fonctionnelles dans un environnement aquatique comme les branchies, les mammifères ont des poumons et la plupart des invertébrés ont des trachées.

Les animaux unicellulaires, comme les protozoaires, ne nécessitent pas de structures spéciales pour la respiration et les échanges gazeux se produisent par simple diffusion.

Chez l'homme, le système est composé des voies nasales, du pharynx, du larynx, de la trachée et des poumons. Ces derniers sont successivement ramifiés en bronches, bronchioles et alvéoles. Un échange passif de molécules d'oxygène et de dioxyde de carbone se produit dans les alvéoles.

Définition de la respiration

Le terme «respiration» peut être défini de deux manières. De manière familière, lorsque nous utilisons le mot respirer, nous décrivons l'action de prendre de l'oxygène et d'éliminer le dioxyde de carbone dans l'environnement extérieur.

Cependant, le concept de respiration englobe un processus plus large que la simple entrée et sortie d'air dans la cage thoracique. Tous les mécanismes impliqués dans l'utilisation de l'oxygène, le transport sanguin et la production de dioxyde de carbone se produisent au niveau cellulaire.

Une deuxième façon de définir le mot respiration est au niveau cellulaire et ce processus est appelé respiration cellulaire, où la réaction de l'oxygène se produit avec des molécules inorganiques qui produisent de l'énergie sous forme d'ATP (adénosine triphosphate), d'eau et de dioxyde de carbone.

Par conséquent, le terme «ventilation» est une façon plus précise de désigner le processus d'absorption et d'expulsion de l'air par les mouvements thoraciques.

Caractéristiques

La fonction principale du système respiratoire est d'orchestrer les processus d'absorption d'oxygène de l'extérieur par des mécanismes de ventilation et de respiration cellulaire. L'un des déchets du processus est le dioxyde de carbone qui atteint la circulation sanguine, passe dans les poumons et est éliminé du corps dans l'atmosphère.

Le système respiratoire est en charge de la médiation de toutes ces fonctions. Plus précisément, il est chargé de filtrer et d'humidifier l'air qui va pénétrer dans l'organisme, en plus de filtrer les molécules indésirables.

Il est également chargé de réguler le pH des fluides corporels - indirectement - de contrôler la concentration de CO ₂, soit de le retenir, soit de l'éliminer. D'autre part, il intervient dans la régulation de la température, la sécrétion d'hormones dans le poumon et assiste le système olfactif dans la détection des odeurs.

De plus, chaque élément du système remplit une fonction spécifique: les narines chauffent l'air et assurent la protection des germes, le pharynx, le larynx et la trachée assurent le passage de l'air.

De plus, le pharynx est impliqué dans le passage des aliments et le larynx dans le processus de phonation. Enfin, dans les alvéoles, le processus d'échange de gaz se produit.

Les organes respiratoires dans le règne animal

Chez les petits animaux, moins de 1 mm, des échanges gazeux peuvent se produire à travers la peau. En effet, certaines lignées animales, comme les protozoaires, les éponges, les cnidaires et certains vers, réalisent le processus d'échange gazeux par simple diffusion.

Chez les animaux plus gros, tels que les poissons et les amphibiens, la respiration cutanée est également présente, afin de compléter la respiration effectuée par les branchies ou les poumons.

Par exemple, les grenouilles peuvent effectuer tout le processus d'échange de gaz à travers la peau pendant les étapes d'hibernation, car elles sont totalement immergées dans les étangs. Dans le cas des salamandres, il existe des spécimens qui manquent complètement de poumons et respirent à travers la peau.

Cependant, avec l'augmentation de la complexité animale, la présence d'organes spécialisés pour les échanges gazeux est nécessaire afin de répondre aux besoins énergétiques élevés des animaux multicellulaires.

L'anatomie des organes qui interviennent dans les échanges gazeux dans différents groupes d'animaux sera décrite en détail ci-dessous:

Trachées

Par BruceBlaus. Lors de l'utilisation de cette image dans des sources externes, elle peut être citée comme suit: Blausen.com staff (2014). "Galerie médicale de Blausen Medical 2014". WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI: 10.15347 / wjm / 2014.010. ISSN 2002-4436., de Wikimedia Commons

Les insectes et certains arthropodes ont un système respiratoire très efficace et direct. Il consiste en un système de tubes, appelés trachées, qui s'étendent dans tout le corps de l'animal.

Les trachées se ramifient en tubes plus étroits (environ 1 µm de diamètre) appelés trachées. Ils sont occupés par le fluide et se terminent en association directe avec les membranes cellulaires.

Par Indolences (Fichier: Throat Diagram.svg), via Wikimedia Commons

L'air pénètre dans le système par une série d'ouvertures en forme de soupape, appelées trous de soufflage. Ceux-ci ont la capacité de se fermer en réponse à la perte d'eau pour éviter la dessiccation. De même, il dispose de filtres pour empêcher l'entrée de substances indésirables.

Certains insectes, comme les abeilles, peuvent effectuer des mouvements corporels visant à ventiler le système trachéal.

Branchies

Les branchies, également appelées branchies, permettent une respiration efficace en milieu aquatique. Chez les échinodermes, ils consistent en une extension de la surface de leur corps, tandis que chez les vers marins et les amphibiens, ce sont des touffes ou des touffes.

Les plus efficaces sont chez les poissons et consistent en un système de branchies internes. Ce sont des structures filamenteuses avec un apport sanguin adéquat qui va à contre-courant de l'eau. Avec ce système «à contre-courant», l'extraction maximale de l'oxygène de l'eau peut être assurée.

La ventilation des branchies est associée aux mouvements de l'animal et à l'ouverture de la bouche. Dans les environnements terrestres, les branchies perdent le support flottant de l'eau, elles se dessèchent et les filaments fusionnent, conduisant à l'effondrement de tout le système.

Pour cette raison, les poissons étouffent lorsqu'ils sont hors de l'eau, même s'ils ont de grandes quantités d'oxygène autour d'eux.

Poumons

Les poumons des vertébrés sont des cavités internes, pourvues de vaisseaux abondants dont la fonction est de médier les échanges gazeux avec le sang. Chez certains invertébrés, on parle de "poumons", bien que ces structures ne soient pas homologues les unes aux autres et soient beaucoup moins efficaces.

Chez les amphibiens, les poumons sont très simples, semblables à un sac qui, chez certaines grenouilles, est subdivisé. La surface disponible pour l'échange augmente dans les poumons des reptiles non aviaires, qui sont subdivisés en de nombreux sacs interconnectés.

Dans la lignée des oiseaux, l'efficacité des poumons augmente grâce à la présence de sacs aériens, qui servent d'espace de réserve pour l'air dans le processus de ventilation.

Les poumons atteignent leur complexité maximale chez les mammifères (voir section suivante). Les poumons sont riches en tissu conjonctif et sont entourés d'une fine couche d'épithélium appelée plèvre viscérale, qui se poursuit dans la plèvre viscérale, alignée avec les parois de la poitrine.

Les amphibiens utilisent une pression positive pour l'entrée d'air dans les poumons, tandis que les reptiles non aviaires, les oiseaux et les mammifères utilisent une pression négative, où l'air est poussé dans les poumons par l'expansion de la cage thoracique.

Parties (organes) du système respiratoire chez l'homme

Chez l'homme et chez le reste des mammifères, le système respiratoire est constitué de la partie supérieure, composée de la bouche, de la cavité nasale, du pharynx et du larynx; la partie inférieure constituée de la trachée et des bronches et la partie du tissu pulmonaire.

Partie supérieure ou voies respiratoires supérieures

Les narines sont les structures à travers lesquelles l'air entre, elles sont suivies d'une chambre nasale bordée d'un épithélium qui sécrète des substances muqueuses. Les narines internes se connectent avec le pharynx (ce que nous appelons communément la gorge), où se produit le croisement de deux voies: la digestive et la respiratoire.

L'air entre par l'ouverture de la glotte, tandis que la nourriture pénètre dans l'œsophage.

L'épiglotte est située sur la glotte, dans le but d'empêcher l'entrée de nourriture dans les voies respiratoires, établissant une frontière entre l'oropharynx - partie située derrière la bouche - et le laryngopharynx - segment le plus bas -. La glotte s'ouvre dans le larynx ("boîte vocale") et celui-ci à son tour cède la place à la trachée.

Partie inférieure ou voies respiratoires inférieures

La trachée est un conduit en forme de tube, d'un diamètre de 15 à 20 mm et de 11 centimètres de longueur. Sa paroi est renforcée avec du tissu cartilagineux, afin d'éviter l'effondrement de la structure, grâce à cela c'est une structure semi-flexible.

Le cartilage est situé en forme de croissant en 15 ou 20 anneaux, c'est-à-dire qu'il n'entoure pas complètement la trachée.

La tranquea se ramifie en deux bronches, une pour chaque poumon. La droite est plus verticale que la gauche, en plus d'être plus courte et plus volumineuse. Après cette première division, des subdivisions successives se succèdent dans le parenchyme pulmonaire.

La structure des bronches ressemble à la trachée en raison de la présence de cartilage, de muscle et de muqueuse, bien que les plaques cartilagineuses diminuent jusqu'à disparaître, lorsque les bronches atteignent un diamètre de 1 mm.

À l'intérieur, chaque bronche se divise en petits tubes appelés bronchioles, qui mènent au canal alvéolaire. Les alvéoles ont une seule couche cellulaire très fine qui facilite les échanges gazeux avec le système capillaire.

Tissu pulmonaire

Macroscopiquement, les poumons sont divisés en lobes par des fissures. Le poumon droit se compose de trois lobes et le gauche n'en a que deux. Cependant, l'unité fonctionnelle d'échange de gaz n'est pas les poumons, mais l'unité alvéolocapillaire.

Les alvéoles sont de petits sacs en forme de grappes de raisin qui se situent à l'extrémité des bronchioles et correspondent à la plus petite subdivision des voies respiratoires. Ils sont couverts par deux types de cellules, I et II.

Alvéoles

Les cellules de type I se caractérisent par leur minceur et permettent la diffusion de gaz. Ceux de type II sont plus que petits que le groupe précédent, moins fins et leur fonction est de sécréter une substance de type tensioactif qui facilite l'expansion de l'alvéole en ventilation.

Les cellules de l'épithélium sont entrecoupées de fibres de tissu conjonctif, de sorte que le poumon est élastique. De même, il existe un vaste réseau de capillaires pulmonaires où les échanges gazeux ont lieu.

Les poumons sont entourés d'une paroi de tissu mésothélial appelé plèvre. Ce tissu est généralement appelé espace virtuel, car il ne contient pas d'air à l'intérieur et ne contient qu'un liquide en quantités infimes.

Illustration 3D des bronches de la trachée du larynx faisant partie du système respiratoire.

Inconvénients des poumons

Un inconvénient des poumons est que les échanges gazeux ne se produisent que dans les alvéoles et le canal alvéolaire. Le volume d'air qui atteint les poumons mais se trouve dans une zone où les échanges gazeux ne se produisent pas est appelé espace mort.

Par conséquent, le processus de ventilation chez l'homme est très inefficace. Une ventilation normale ne peut remplacer qu'un sixième de l'air présent dans les poumons. Lors d'un événement de respiration forcée, 20 à 30% de l'air est emprisonné.

cage thoracique

La cage thoracique abrite les poumons et est composée d'un ensemble de muscles et d'os. Le composant osseux est composé de la colonne cervicale et dorsale, de la cage thoracique et du sternum. Le diaphragme est le muscle respiratoire le plus important, situé à l'arrière de la maison.

Il y a des muscles supplémentaires insérés dans les côtes, appelés intercostaux. D'autres participent à la mécanique respiratoire comme le sternocléidomastoïdien et les scalènes, qui proviennent de la tête et du cou. Ces éléments sont insérés dans le sternum et dans les premières côtes.

Comment ça marche?

L'absorption d'oxygène est vitale pour les processus de respiration cellulaire, où l'absorption de cette molécule se produit pour la production d'ATP à partir des nutriments obtenus dans le processus d'alimentation par des processus métaboliques.

En d'autres termes, l'oxygène sert à oxyder (brûler) les molécules et ainsi produire de l'énergie. L'un des résidus de ce processus est le dioxyde de carbone, qui doit être expulsé du corps. La respiration implique les événements suivants:

Ventilation

Le processus commence par la capture de l'oxygène dans l'atmosphère à travers le processus d'inspiration. L'air pénètre dans le système respiratoire par les narines, en passant par l'ensemble des tubes décrits, jusqu'à ce qu'il atteigne les poumons.

Prendre de l'air - respirer - est un processus normalement involontaire, mais peut passer d'automatique à volontaire.

Dans le cerveau, les neurones de la moelle épinière sont responsables de la régulation normale de la respiration. Cependant, le corps est capable de réguler la respiration en fonction des besoins en oxygène.

Une personne moyenne au repos respire en moyenne six litres d'air par minute, et ce chiffre peut passer à 75 litres pendant les périodes d'exercice intense.

Échange de gaz

L'oxygène dans l'atmosphère est un mélange de gaz, composé de 71% d'azote, 20,9% d'oxygène et d'une petite fraction d'autres gaz, comme le dioxyde de carbone.

Lorsque l'air pénètre dans les voies respiratoires, la composition change immédiatement. Le processus d'inspiration sature l'air avec de l'eau et lorsque l'air atteint les alvéoles, il se mélange à l'air résiduel des inspirations précédentes. À ce stade, la pression partielle d'oxygène diminue et celle du dioxyde de carbone augmente.

Dans les tissus respiratoires, les gaz se déplacent en suivant des gradients de concentration. Les pressions partielles d'oxygène étant plus élevées dans les alvéoles (100 mm Hg) que dans le sang des capillaires pulmonaires, l'oxygène (40 mm Hg) passe dans les capillaires par un processus de diffusion.

De même, la concentration de dioxyde de carbone est plus élevée dans les capillaires pulmonaires (46 mm Hg) que dans les alvéoles (40 mm Hg), donc le dioxyde de carbone diffuse dans le sens opposé: des capillaires sanguins aux alvéoles dans le poumons.

Par Fluid-fill_alveolus2_ja.svg: utilisateur: delldot (modifié par Hatsukari715) travail dérivé: OSH FPaD (Fluid-rempli_alveolus2_ja.svg), via Wikimedia Commons

Transport de gaz

Dans l'eau, la solubilité de l'oxygène est si faible qu'un moyen de transport doit exister pour répondre aux besoins métaboliques. Chez certains petits invertébrés, la quantité d'oxygène dissous dans leurs fluides est suffisante pour répondre aux demandes de l'individu.

Cependant, chez l'homme, l'oxygène ainsi transporté ne suffirait qu'à satisfaire 1% des besoins.

Pour cette raison, l'oxygène - et une quantité importante de dioxyde de carbone - est transporté par des pigments dans le sang. Chez tous les vertébrés, ces pigments sont confinés aux globules rouges.

Dans le règne animal, le pigment le plus courant est l'hémoglobine, une molécule protéique qui contient du fer dans sa structure. Chaque molécule est constituée de 5% d'hème, responsable de la couleur rouge du sang et de la liaison réversible avec l'oxygène, et de 95% de globine.

La quantité d'oxygène qui peut se lier à l'hémoglobine dépend de nombreux facteurs, dont la concentration en oxygène: lorsqu'elle est élevée, comme dans les capillaires, l'hémoglobine se lie à l'oxygène; lorsque la concentration est faible, la protéine libère de l'oxygène.

Autres pigments respiratoires

Bien que l'hémoglobine soit le pigment respiratoire présent chez tous les vertébrés et certains invertébrés, ce n'est pas le seul.

Dans certains crustacés décapodes, crustacés céphalopodes et mollusques, il existe un pigment bleu appelé hémocyanine. Au lieu du fer, cette molécule a deux atomes de cuivre.

Dans quatre familles de polychètes, il y a le pigment chlorocruorine, une protéine qui a du fer dans sa structure et est de couleur verte. Il est similaire à l'hémoglobine dans sa structure et sa fonction, bien qu'il ne soit confiné à aucune structure cellulaire et qu'il soit libre dans le plasma.

Enfin, il existe un pigment avec une capacité de transport d'oxygène bien inférieure à celle de l'hémoglobine appelée héméritrine. Il est de couleur rouge et est présent dans divers groupes d'invertébrés marins.

Maladies courantes

Asthme

C'est une pathologie qui affecte les voies respiratoires, provoquant son gonflement. Lors d'une crise d'asthme, les muscles autour des voies respiratoires s'enflamment et la quantité d'air qui peut pénétrer dans le système est considérablement réduite.

L'attaque peut être déclenchée par une série de substances appelées allergènes, notamment la fourrure d'animaux de compagnie, les acariens, les climats froids, les produits chimiques dans les aliments, les moisissures, le pollen, entre autres.

Œdème pulmonaire

Un œdème pulmonaire consiste en une accumulation de liquide dans les poumons, ce qui rend la respiration difficile pour l'individu. Les causes sont généralement associées à une insuffisance cardiaque congestive, où le cœur ne pompe pas suffisamment de sang.

L'augmentation de la pression dans les vaisseaux sanguins pousse le fluide dans les espaces aériens à l'intérieur des poumons, réduisant ainsi le mouvement normal de l'oxygène dans les poumons.

Les autres causes d'œdème pulmonaire sont l'insuffisance rénale, la présence d'artères étroites qui transportent le sang vers les reins, la myocardite, les arythmies, une activité physique excessivement élevée, l'utilisation de certains médicaments, entre autres.

Les symptômes les plus courants sont l'essoufflement, l'essoufflement, des crachats de mousse ou de sang et une augmentation du rythme cardiaque.

Pneumonie

Les pneumonies sont des infections des poumons et peuvent être causées par divers micro-organismes, notamment des bactéries telles que Streptococcus pneumoniae, Staphylococcus aureus, Haemophilus influenzae, Mycoplasmas pneumoniae et Chlamydias pneumoniae, des virus ou des champignons tels que Pneumocystis jiroveci.

Il se présente comme une inflammation des espaces alvéolaires. C'est une maladie très contagieuse, car les agents responsables peuvent se propager dans l'air et se propager rapidement par les éternuements et la toux.

Les personnes les plus sensibles à cette pathologie sont les personnes de plus de 65 ans et ayant des problèmes de santé. Les symptômes comprennent de la fièvre, des frissons, des crachats de mucosités, un essoufflement, un essoufflement et des douleurs thoraciques.

La plupart des cas ne nécessitent pas d'hospitalisation et la maladie peut être traitée avec des antibiotiques (dans le cas d'une pneumonie bactérienne) administrés par voie orale, du repos et de la boisson.

Bronchite

La bronchite se produit comme un processus inflammatoire dans les tubes qui transportent l'oxygène vers les poumons, causée par une infection ou pour d'autres raisons. Cette maladie est classée comme aiguë et chronique.

Les symptômes comprennent un malaise général, des crachats de mucus, un essoufflement et une pression thoracique.

Pour traiter la bronchite, il est recommandé de prendre de l'aspirine ou de l'acétaminophène pour réduire la fièvre, boire de grandes quantités de liquides et se reposer. S'il est causé par un agent bactérien, des antibiotiques sont pris.

Références

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