Fiche de Révision : Système Respiratoire

Introduction au Système Respiratoire

Le système respiratoire est l’ensemble des organes qui permettent l’oxygénation du sang et l’élimination du dioxyde de carbone (CO₂) produit par le métabolisme. C’est un système vital chez l’être humain et chez la plupart des animaux. Il assure les échanges gazeux indispensables à la respiration cellulaire, processus fondamental de la vie.

1. Anatomie du système respiratoire

Le système respiratoire se divise en deux grandes parties :

• Les voies respiratoires supérieures : conduisent l’air depuis l’extérieur jusqu’aux poumons.
• Les poumons : organes principaux où ont lieu les échanges gazeux.

1.1. Voies respiratoires supérieures

• Nez et cavité nasale : filtrent, humidifient et réchauffent l’air inspiré.
• Pharynx : conduit commun à la fois à l’air vers la trachée et à la nourriture vers l’œsophage.
• Larynx : zone contenant les cordes vocales ; assure la protection des voies respiratoires.
  Le larynx joue aussi un rôle dans la phonation, c’est-à-dire la production de la voix, grâce aux cordes vocales qui vibrent lorsqu’on parle.
• Trachée : conduit rigide renforcé par des anneaux cartilagineux qui dirige l’air vers les poumons.
  Les anneaux cartilagineux assurent la rigidité de la trachée pour qu’elle reste ouverte même lors de la déglutition ou de la variation de pression.

1.2. Voies respiratoires inférieures

• Bronches : deux conduits issus de la trachée, une pour chaque poumon.
  Elles se ramifient en bronchioles plus fines à l’intérieur des poumons.
• Bronchioles : ramifications plus fines des bronches, qui mènent aux alvéoles.
  Les bronchioles offrent un réseau dense permettant une distribution efficace de l’air dans tout le poumon.
• Alvéoles pulmonaires : petites poches où se produisent les échanges gazeux.
  Les alvéoles présentent une membrane très fine favorisant la diffusion des gaz entre l’air et le sang.

1.3. Organes accessoires

• Diaphragme : principal muscle de la respiration, situé sous les poumons.
  Le diaphragme est une membrane musculaire qui s’abaisse lors de l’inspiration pour augmenter le volume de la cavité thoracique.
• Muscles intercostaux : muscles entre les côtes qui participent à la respiration.
  Ils se contractent pour élever la cage thoracique lors de l’inspiration et se relâchent lors de l’expiration.

2. Fonctionnement du système respiratoire

2.1. Mécanique de la respiration

• Inspiration : contraction du diaphragme et des muscles intercostaux, expansion de la cage thoracique, diminution de la pression pulmonaire, entrée d’air.
  Ce processus est dit actif, car il nécessite de l’énergie musculaire pour augmenter le volume thoracique et faire entrer l’air.

• Expiration : relâchement des muscles, diminution du volume thoracique, augmentation de la pression pulmonaire, sortie de l’air.
  L’expiration peut être passive lors d’une respiration normale, sans effort.

2.2. Échanges gazeux

Les échanges gazeux se passent au niveau des alvéoles pulmonaires entre l’air inspiré et le sang dans les capillaires.

• Oxygène (O₂) : passe des alvéoles vers le sang.
  La concentration d’O₂ est plus élevée dans l’air alvéolaire que dans le sang, ce qui favorise la diffusion selon le principe de la diffusion des gaz.

• Dioxyde de carbone (CO₂) : passe du sang vers les alvéoles pour être expiré.
  Le CO₂ est produit par la respiration cellulaire et doit être évacué rapidement pour maintenir l’équilibre acido-basique.

Les échanges gazeux reposent sur la diffusion, un transfert des gaz du milieu où leur concentration est élevée vers le milieu où elle est plus faible.

3. Mécanismes physico-chimiques

3.1. Loi de Dalton et pressions partielles

L’air est un mélange de gaz. Chaque gaz exerce une pression partielle proportionnelle à sa concentration dans le mélange.

• Pression partielle de l’oxygène : [Formule]
• Pression partielle du dioxyde de carbone : [Formule]

Les gaz diffusent selon leur gradient de pression partielle, conforme à la loi de Dalton :
[Formule mathématique]
où chaque gaz contribue à la pression totale en fonction de sa concentration.

3.2. Transport de l’oxygène

L’oxygène est transporté dans le sang sous deux formes :

• Dissous dans le plasma (très faible quantité, environ 1-2%).
• Lié à l’hémoglobine dans les globules rouges, formant l’oxyhémoglobine.
  Ce mécanisme permet une grande capacité de transport de l’oxygène, car l’hémoglobine se lie rapidement à l’O₂ dès qu’il est disponible dans les alvéoles.

La réaction chimique peut s’écrire :
[Formule mathématique]
où Hb = hémoglobine, et la formation d’oxyhémoglobine facilite le transport.

3.3. Transport du dioxyde de carbone

Le CO₂ est transporté par :

• Dissolution dans le plasma (environ 5-10%).
• Sous forme de bicarbonate (environ 70% au total), un mécanisme majeur de transport :
  [Formule mathématique]
  Ce processus permet au CO₂ de se dissoudre et de se transformer chimiquement pour faciliter son transport dans le sang.
• Lié aux protéines plasmatiques et à l’hémoglobine (carbaminohémoglobine).

4. Contrôle de la respiration

La respiration est régulée automatiquement pour maintenir l'équilibre acido-basique du sang et assurer les besoins en O₂.

4.1. Centres nerveux

• Situés dans le bulbe rachidien et la protubérance.
  Ils génèrent spontanément un rythme de ventilation et ajustent la fréquence et la profondeur de la respiration en fonction des signaux reçus.

• Ils contrôlent la fréquence et la profondeur de la respiration.

4.2. Récepteurs sensoriels

• Chémorécepteurs sensibles au pH, au [Formule] et au [Formule] sanguins.
  Ils détectent les variations de ces paramètres et envoient des signaux aux centres respiratoires pour ajuster la ventilation en conséquence.
  • Les chémorécepteurs centraux, situés dans le cerveau, réagissent principalement aux variations du pH du liquide céphalo-rachidien, qui reflètent la concentration de CO₂.
  • Les chémorécepteurs périphériques, situés dans les carotides et l’aorte, réagissent aux variations du [Formule] sanguin.

5. Pathologies courantes du système respiratoire

6. Schéma simplifié du système respiratoire

[Diagramme]

Ce diagramme illustre le trajet de l’air depuis l’entrée par le nez jusqu’aux échanges au niveau des alvéoles.

7. Résumé synthétique

• Le système respiratoire permet l’échange d’oxygène et de dioxyde de carbone entre l’organisme et l’environnement.
• Il comprend les voies aériennes supérieures et inférieures, les poumons et les muscles respiratoires.
• La respiration est un processus actif avec deux phases : inspiration et expiration.
• Les échanges gazeux reposent sur la diffusion selon les pressions partielles des gaz.
• L’oxygène est transporté par l’hémoglobine, le CO₂ majoritairement sous forme de bicarbonate.
• La respiration est contrôlée par les centres nerveux et modulée par des récepteurs chimiques.
• Des maladies peuvent affecter la fonction respiratoire et entraîner des troubles importants.

Complément mathématique : Calcul du volume d’air échangé (ventilation)

• Volume courant (VC) : quantité d’air inspiré ou expiré à chaque respiration (~ 500 mL).
  Il représente le volume d’air mobilisé lors d’un cycle respiratoire normal, sans effort.

• Fréquence respiratoire (f) : nombre de respirations par minute.

• Volume minute (VM) : volume total d’air échangé par minute.

On a :
[Formule mathématique]

Par exemple, si [Formule] L et [Formule] respirations/min, alors
[Formule mathématique]

Fin de la fiche – Bonnes révisions !