Comment ça marche ?
La respiration est un phénomène vital dont la finalité est d’oxygéner le sang et donc tous les tissus de l’organisme. Entre le moment où l’air est aspiré par le nez ou la bouche et celui où l’oxygène se fixe dans les globules rouges du sang, il s’est passé beaucoup de choses. Ne vous laissez pas impressionner par la longueur du texte : il résume en fait ce à quoi tient notre survie, minute après minute.
La ventilation
- D’abord la bouche s’est ouverte et les narines se sont dilatées. Ce simple phénomène est déjà complexe car il met en jeu des muscles qui sont pilotés par moment de façon consciente (on inspire volontairement) et par moment de façon automatique (on respire sans en avoir conscience). La respiration part donc en fait de centres automatiques situés dans le cerveau dont celui-ci peut reprendre le contrôle quand il le souhaite.
- Ouvrir la bouche n’est pas suffisant pour respirer, il faut un moteur. Ce moteur, ce soufflet, c’est le diaphragme, sorte de vaste muscle plat et arrondi en double coupole qui sépare l’étage thoracique de l’étage abdominal. Entre le cerveau et le diaphragme, il faut une communication qui est assurée par des voies nerveuses qui descendent du cerveau, passent dans la moelle épinière et sortent au niveau de la colonne vertébrale sous la forme d’un nerf appelé le nerf phrénique qui va faire se contracter le diaphragme. C’est le muscle principal de la respiration. La paralysie du phrénique entraîne une incapacité de respirer. D’autres nerfs sortent à chaque niveau des vertèbres dorsales : ce sont les nerfs intercostaux qui vont animer les muscles intercostaux qui jouent le rôle de muscles respiratoires accessoires.
- Que fait le diaphragme en se contractant ? Il va se ratatiner sur lui-même et les deux coupoles qui le constituent vont s’abaisser. C’est là qu’interviennent les côtes : non par leur capacité à se déplacer (les muscles intercostaux sont très faibles), mais en raison de leur forme un peu oblique. L’abaissement du diaphragme va entraîner vers le bas la 10ème côte qui pivote et en raison de sa forme remonte. Aidés par les muscles intercostaux, les autres côtes vont suivre. Diaphragme qui descend, côtes qui se soulèvent : la cage thoracique se gonfle d’un volume qui peut aller jusqu’à 3 litres.
- Et les poumons dans tout ça ? Ils ne bougent pas puisque le tissu pulmonaire n’est en fait qu’une sorte d’éponge remplie d’air et parcourue par des vaisseaux sanguins. Il faut donc une sorte de courroie de transmission entre le mouvement imprimé par le diaphragme et l’inertie du poumon. Cette transmission est assurée par un système ingénieux : la plèvre. Cette enveloppe qui entoure de façon très étroite les poumons est constituée de 2 feuillets, l’un adhérent aux poumon, l’autre adhérent à la cage thoracique. Entre les deux : le vide. C’est ce vide qui joue le rôle de transmission. Et c’est pour cela que l’introduction d’air dans la plèvre (qu’on appelle un pneumothorax) provoque une asphyxie car le poumon ne peut plus suivre les mouvements de la cage thoracique.
- En fait le principal de la ventilation est fait. On se résume : le cerveau ou les centres automatiques donnent l’ordre d’inspirer, cet ordre parvient au diaphragme par le nerf phrénique et aux muscles accessoires par les nerfs intercostaux, la cage thoracique se déploie et les poumons suivent grâce à la plèvre. Cela provoque donc une dépression au sein du tissu pulmonaire, exactement comme lorsqu’on presse une éponge sous l’eau et qu’on la relâche : elle se gorge d’eau. Là, ce sont les alvéoles pulmonaires qui vont se gorger d’air en provenance de tout l’arbre respiratoire. Cet air vient des bronchioles, lesquelles le reçoivent des bronches qui communiquent avec la trachée , laquelle se prolonge par le larynx , qui grâce à sa continuité avec le pharynx aboutit à la bouche et au nez. Ouf ! on respire, la boucle est bouclée !
- Tout cela c’était l’inspiration, phénomène actif. L’expiration elle, se fait en général de façon passive : le diaphragme se relâche, les muscles intercostaux se détendent, et c’est la simple élasticité de la cage thoracique qui fait redescendre les côtes et qui exerce une pression sur les poumons lesquels reprennent leur place initiale et donc expulsent l’air inspiré. Quand on souffle, ce phénomène passif est remplacé par un phénomène actif : le diaphragme remonte, l’air est expiré violemment. Inspiration-expiration, ce sont les deux temps de la ventilation.
La respiration
On a fait volontairement l’impasse sur un point essentiel : la respiration en elle-même. Une fois inspiré, l’air se trouve dans un cul de sac : les alvéoles pulmonaires. De l’autre côté de ce cul de sac se trouvent des capillaires sanguins remplis de sang veineux sous basse pression, dont les globules rouges sont chargés de gaz carbonique en provenance des cellules. C’est là que se passe véritablement le phénomène respiratoire, qui est rendu possible grâce à une protéine essentielle des globules rouges : l’hémoglobine. Chaque molécule de gaz carbonique se détache de l’hémoglobine sur laquelle elle était fixée, et va filtrer au travers de la membrane qui sépare les alvéoles des capillaires. En retour, l’oxygène contenu dans l’air va passer en sens inverse et se fixer sur l’hémoglobine. Pour chaque molécule de gaz carbonique sera échangée une molécule d’oxygène. Ce phénomène se produit à chaque inspiration, soit environ entre 15 et 20 fois par minute au repos. Le volume moyen étant d’un demi-litre et la concentration en oxygène dans l’air étant de 25% , cela fait entre 2 et 3 litres d’oxygène qui passent dans le sang par minute. Ces 3 litres d’oxygène, c’est ce que consomment nos cellules et c’est ce qu’on appelle la respiration cellulaire.
XRespiration en vidéo
Respiration "Mécanisme de la respiration présentée dans une animation 3D | 2 vidéos |
La respiration cellulaire
On n’est plus au niveau des poumons, mais au niveau d’une cellule. Prenons une cellule cérébrale justement, puisque c’est elle qui a pris l’initiative de cette respiration. Cette cellule (et toutes les cellules de son espèce) ont effectué un travail qui a consisté à fabriquer l’influx nerveux à l’origine de l’ordre qui a déclenché le mouvement inspiratoire auquel nous venons d’assister. Ce travail a consommé de l’énergie fournie par du glucose qui a été récupéré dans le sang. C’est le carburant de la cellule. Pour que ce carburant libère son énergie, il faut un comburant , exactement comme dans un moteur, c’est l’oxygène. Cette énergie libérée a permis de contribuer à la fabrication de l’influx nerveux délivrée par la cellule cérébrale. Mais cela a un prix : un certain degré de pollution cellulaire , qui est constitué des produits de dégradation de la cellule, à savoir le gaz carbonique et les déchets des réactions chimiques qui ont donné naissance à l’influx nerveux. Les déchets seront traités ailleurs, par le foie et le rein en particulier. Mais le gaz carbonique, c’est le poumon qui va s’en charger. La respiration dont nous avons conscience n’est donc pas autre chose que la somme de toutes les mini respirations cellulaires de l’organisme. La société des milliards de cellules du corps produit une pollution qu’il faut bien éliminer. C’est à cela que servent les poumons : respirer pour que nos cellules respirent !