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3.1 - Le système respiratoire humain
SBI 3U
Activité
Compte le nombre de respiration en 1 minute.
Quel est ton résultat?
D’après toi, est-ce élevé?
Est-ce un résultat fiable?
Résultats
La fréquence respiratoire (en 1 minute) habituelle pour :
un nouveau-né : environ 50
un nourrisson : environ 40
un enfant : 20 à 30
un adulte : 12 à 15
Pour l’adolescent et l’adulte, lors d’activité intense, la respiration peut atteindre 24 fois/minute.
Certaines personnes, dont les sportifs entrainés, peuvent avoir une respiration au repos plus lente.
Les organes du système respiratoire
Nez
Fosses nasales
Pharynx
Larynx
Trachée
Poumons (bronches, bronchioles, alvéoles)
Anatomie
CARACTÉRISTIQUES GÉNÉRALES
Le nez
Fait de replis appelés cornets qui réchauffent, humidifient et nettoient l’air inspiré de ses impuretés.
Les cornets sont des replis des os nasales qui ont à leur surface l’épithélium olfactif qui assure l’odorat.
Poils à l’entrée filtre les poussières les plus grosses.
Les septum (os) sépare les deux narines.
Le pharynx
Passage commun à l’air et les aliments.
Le pharynx termine la glotte, plus grande chez l’homme.
Autour de la glotte, les cordes vocales permettent la parole.
L’épiglotte joue le rôle de trappe lors de la déglutition.
Le larynx
Forme la pomme d’Adam.
Organe à paroi cartilagineuse.
Fonctions : fournir un passage à l’air
contient les cordes vocales
Organes de la phonation
Le larynx est l’organe de la phonation.
Fait de 2 pièces principales cartilagineuses :
cartilage thyroïdien
cartilage cricoïdien
Lorsque la glotte varie de forme, elle produit
différents sons.
Le larynx
Les cartilages thyroïdien et cricoïdien forment le larynx. Chez l’homme, le cartilage thyroïdien est plus volumineux.
Les cordes vocales
Les cordes vocales sont attachées aux pièces cartilagineuses et l’espace entre elle se nomme la glotte. Derrière la glotte se trouve la trachée.
La trachée
Tube cylindrique relie le larynx aux bronches.
Succession d’anneaux de cartilage qui donne à l’organe une semi-rigidité tenant le passage libre et ouvert pour l’air.
Paroi interne fait d’une muqueuse de cellules caliciformes sécrétrices de mucus et portant des cils qui battent vers le haut pour expulser les bactéries.
La présence continuelle des cils propulse la poussière et les bactéries vers le nez et la gorge. De là, elles sont expulsées aux moyens de la toux ou de l’éternuement.
Dans la trachée : la présence de cils
Dans certains cas, les cellules sont ciliées :
Cellules responsables du déplacement du mucus dans les voies respiratoires. Cet épithélium recouvre les voies respiratoires.
• Le mucus piège la plupart des poussières et bactéries qui risqueraient d'atteindre les fragiles alvéoles pulmonaires.
• Le mouvement des cils des cellules remonte constamment le mucus vers la gorge où il est avalé (ou craché par terre pour les plus malpropres!).
• La fumée de cigarette paralyse progressivement les cils de ces cellules. Les fumeurs doivent donc tousser pour réussir à évacuer le mucus de leurs voies respiratoires. À la longue, la fumée de cigarette irrite les voies respiratoires qui réagissent à cette irritation en sécrétant de plus en plus de mucus de plus en plus difficile à évacuer.
Les poumons
La trachée se divise en bronches qui se ramifient en bronchioles qui mènent aux sacs alvéolaires et ensuite aux alvéoles (environ 3 000 000).
Les poumons se divisent en lobes (3 lobes pour le droit et 2 lobes pour le gauche).
Chaque poumon est couvert de deux membranes : membrane (plèvre) viscérale; qui est interne (fixé contre le poumon)
membrane (plèvre) pariétale; qui est externe (fixé contre la paroi de la cage thoracique)
Les poumons
Entre les deux membranes, il y a la cavité
pleurale contenant un liquide séreux.
La plèvre est très flexible; ainsi, les
poumons peuvent se dilater et se
contracter lors de l’inspiration et de
l’expiration.
Les bronches
Trachée 2 bronches bronchioles
Poumon gauche :
2 lobes Poumon droit :
3 lobes
Plèvre
pariétale
Plèvre
viscérale
Diaphragme
Les deux différentes membranes des poumons
Bronchioles se
terminent par des sacs
alvéolaires
Surface totale ~ terrain
de tennis
La respiration
La respiration se divise en deux processus:
◦ respiration externe : l’échange de 02 et CO2 dans les
poumons
◦ respiration interne : l’échange de ces gaz entre le sang,
les liquides tissulaires et les cellules
La respiration cellulaire:
1C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 36ATP
Échange Gazeux
C’est l’échange de l’oxygène (O2) et du dioxyde de carbone (CO2) dans les alvéoles.
Il y a une [O2] plus élevé dans l’air que l’on inspire que dans l’air que l’on expire (ou rejette). Le CO2 est en plus grande quantité dans le sang que dans l’air inspiré.
Échange Gazeux
Lors de l'inspiration, nous absorbons : 20,94% d'oxygène;
0,04% de gaz carbonique;
79,02% d'azote;
et autres gaz en faibles concentrations.
Lors de l'expiration, nous rejetons : 16,49% d'oxygène;
4,49% de gaz carbonique;
79,02% d'azote;
et autres gaz en faibles concentrations.
CO2 O2
Animation
Du système respiratoire à l’alvéole
http://www.biologieenflash.net/sommaire.
html
Connais-tu les parties du système respiratoire?
Complétez le schéma suivant :
http://biologienet.free.fr/ex.repira.htm
Animation
Les poumons : un résumé de son
fonctionnement
http://video.vulgaris-
medical.com/index.php/2008/03/21/52-
les-poumons
Animation
L’asthme
http://www.doctissimo.fr/html/sante/mag_
2002/sem01/mag0510/sa_4940_mecanism
e_asthme.htm
La mécanique de la ventilation
Inspiration entrée de l’air: l’air passe d’une haute pression (externe) à une
basse pression (interne).
les poumons se dilatent et l’air y pénètre
les muscles intercostaux remontent (contractent) et le diaphragme s’abaisse (contracte) pour augmenter le volume de la cage thoracique
Expiration sortie de l’air: la pression augmente, (interne) l’air sort des
poumons pour aller vers la basse pression (externe).
les poumons sont écrasés et l’air en sort
relâchement des muscles
la cage thoracique s’abaisse et le diaphragme se relâche et se soulève
Les muscles impliqués dans la respiration
Les différences de pression sont à la base du mécanisme de ventilation pulmonaire.
La mécanique associée à l’inspiration et l’expiration
Inspiration
active
Expiration
passive
Personne 1: lorsque
l’air sort des
poumons, le
diaphragme se
relâche et se soulève
et la cage thoracique
s’abaisse.
Personne 2 : lorsque
l’air entre dans les
poumons, le
diaphragme se
contracte et s’abaisse
et la cage thoracique
se soulève.
Radiographies des poumons d’un humain au cours d’un cycle respiratoire
Centre de contrôle nerveux de
la respiration dans le tronc
cérébral (bulbe rachidien).
Contrôle nerveux
Hausse de CO2 ou baisse
de O2 dans le sang
Augmentation de la
fréquence respiratoire
Contrôle de la respiration
le bulbe rachidien est une partie de
l’encéphale qui régit les réflexes.
des nerfs phréniques contrôlent le
diaphragme et les muscles intercostaux.
le nerf vague afférent qui conduit les
messages des poumons, peau, nez,
etc...vers le centre respiratoire.
L’hyperventilation L’hyperventilation est un phénomène causé par une respiration
fréquente, rapide et saccadée. En effet, l'hyperventilation réduit le taux de CO2 contenu dans
notre corps et permet ainsi d'augmenter le temps pendant lequel nous pouvons retenir notre souffle sans trop de désagrément.
La personne en hyperventilation élimine plus de gaz carbonique,
le CO2, que son corps n'en produit. Une certaine quantité de CO2 doit être présente dans le sang; pour garder le sang légèrement acide
Lorsque le gaz carbonique diminue trop, cela provoque la contraction des artères.
Solution = respire dans un sac de papier
La performance respiratoire
Facteurs influençant la performance respiratoire Capacité pulmonaire
Force des muscles
L’énergie disponible
Les médicaments
État nutritionnel
Situation métabolique
Capacité pulmonaire La capacité de nos poumons augmente jusqu’à
la vie adulte et diminue à la vieillesse.
Les hommes ont une plus grande capacité pulmonaire que les femmes (environ le double). La raison est simple : ils ont une plus grande taille.
Capacité pulmonaire Volume courant (VC) : le volume d’air inspiré et expiré lors d’une
respiration normale.
Volume de réserve inspiratoire (CVI) : le volume d’air qui peut être inspiré en plus du volume courant.
(VRI + VC)
Volume de réserve expiratoire (VRE) : le volume d’air qui peut être expiré en plus du volume courant.
(VRE + VC)
Capacité vitale (CV) : le volume total de gaz échangeable. (VC + VRI + VRE)
Volume résiduel (VR) : la quantité de gaz qui demeure dans les poumons et les voies respiratoires après une expiration complète.
Temps
Volu
me d
’air c
onte
nu d
ans les p
oum
ons (
mL)
Ce diagramme, appelé « spirogramme », représente la quantité maximale d’air échangeable pendant une respiration, c’est-à-dire la capacité vitale
L’effet de l’altitude
En terme simple, on dit qu’il y a anoxie : basse concentration d’oxygène dans le sang.
Chez l’homme les effets de l’altitude sont principalement dus à la diminution de la pression partielle en oxygène dans l’air inspiré, et à la baisse de température.
L’effet de l’altitude
Lorsque l’altitude augmente, la pression atmosphérique diminue, comme la pression de la cage thoracique peut devenir supérieure en tout temps à la pression externe, l’air ne peut plus être inhalé.
Les gens vivant à hautes altitudes se sont adaptés de deux façons :
plus grande cage thoracique
plus grand nombre de globules rouges
Au niveau de la mer, le taux d’hématocrite d’un humain est de 45%. À 5000m d'altitude, il peut atteindre 60%.
Réponse à court terme (quelques jours) Hyperventilation : augmentation de la fréquence respiratoire
Tachycardie : augmentation de la fréquence cardiaque
Diurèse plasmatique : éliminer une partie du plasma sanguin. Le plasma est destiné à transporter les cellules sanguines.
Réponses à long terme (à partir d’environ 3 semaines) Augmentation importante du nombre de globules rouges
La Consommation maximale d’oxygène (également nommée VO2 max) baisse en fonction de l’altitude, ainsi, à 0m (au niveau de la mer), l’homme est à 100% de ces possibilités, alors qu’à 4 810m (sommet du Mt blanc) il ne peut en disposer que de 70% et seulement 20% à 8 848m (sommet de l'Everest).
L’effet chez l’organisme
L'effet « augmentation de la quantité de globules rouges » est particulièrement recherché par certains sportifs, c'est la raison majeure de l'organisation de stage en altitude, parfois à plus de 3 000m; toutefois cette polyglobulie peut entraîner, en certains cas un excès de globules rouges, la formation de caillots sanguins peut alors obstruer les veines et entraîner la mort.
Chez les athlètes
N.B. L'azote, à forte dose dans le
sang, provoque des troubles nerveux
appelés ivresse des profondeurs.
L'air délivré aux
poumons par le
détendeur a la même
pression que celle de
l'eau.
Narcose à l’azote (ou ivresse des profondeurs)
Si le plongeur remonte à la surface trop rapidement, des bulles se forment aux articulations et parfois des dommages au cerveau.
Intoxication par le CO
Le monoxyde de carbone (CO) est produit lors de combustion incomplète
Les globules rouges ont 200 fois plus
d’affinité pour lui que pour l’oxygène.
Une anoxie (manque d’oxygène au cerveau) de 5 minutes entraîne des dégâts permanents ou la mort. Le traitement consiste à administrer de l’oxygène pur, mais le rétablissement est lent, car le sang ne se débarasse que graduellement du CO.
Pourquoi le bébé pleure-t-il à sa
naissance? Lorsque le bébé vient au monde, ses
poumons ne se sont jamais rempli d'air auparavant. Ils sont complètement repliés sur eux-même, un peu comme un sac poubelle lorsqu'on vient de le détacher du rouleau.
Lorsque le bébé prend la première inspiration de sa vie, ses poumons se déplient pour la première fois, et c'est très douloureux, ce pourquoi il arrive qu'il pleure.
Il faut toutefois noter que pas tous les bébés ne pleurent à sa naissance.
La cigarette Paralyse temporairement les cils de la trachée et les empêche
d’expulser les particules étrangères. Même les gens qui ne fument pas beaucoup ont tendance à tousser
et à ronfler plus que les gens qui ne fument pas du tout. La concentration de monoxyde de carbone dans la fumée de
cigarette est 1000 fois la concentration reconnue comme nocive. Ceci veut dire que les fumeurs souffrent constamment d’une légère intoxication par le monoxyde de carbone.
La cigarette
4 000 substances chimiques présentes dans la fumée de cigarette.
Plus de 40 de ces substances sont cancérogènes chez l’être humain.
Les personnes qui fument un paquet de cigarettes par jour absorbent plus de 250 ml de goudron par année.
Cette substance recouvre les poumons d’une matière noirâtre et collante et constitue un facteur important du cancer du poumon.
La cigarette et le sport
Le tabagisme nuit à la forme physique des jeunes, autant sur le plan des performances qu'au niveau de l'endurance même chez les fumeurs qui s'entraînent pour des compétitions d'athlétisme.
Les jeunes adultes fumeurs ont un rythme cardiaque (au repos) de deux ou trois battements plus élevé que les non-fumeurs. Il peut constater une accélération du pouls au repos après avoir fumé 2 cigarettes.
L’autopsie d’un meurtrier
Substances cancérogènes connues
Une comparaison intéressante…
Poumons d’un fumeur Poumons normaux
Quiz
À faire avec les élèves
http://www.cegep-sept-
iles.qc.ca/suzannebanville/bio401.html
Devoirs
p.451
# 7, 9, 11
p.454
#17, 18
p. 456
#1, 2, 3, 5, 7, 9*, 11*
