Fonctionnement normal des voies respiratoires

        Nous respirons sans cesse… Mais à quoi cela sert-il ? Ce phénomène qui nous parait automatique et inconscient est pourtant essentiel à la (sur)vie de l’individu. Dans cet article nous allons donc essayer de comprendre ce mécanisme en détaillant l’anatomie du système respiratoire ainsi que les étapes de la respiration et les phénomènes physiques et biologiques qui entrent en jeu. Cela permettra de mieux comprendre les mécanismes de l'asthme par la suite.

1)    Anatomie des voies respiratoires :

Le système respiratoire de l’Homme est composé :

- du nez / de la bouche

- du pharynx

- du larynx

- de la trachée

- des 2 bronches souches (droite et gauche) qui entrent dans les poumons

- des bronches lobaires

- des bronches

- des bronchioles

- des conduits alvéolaires

- des alvéoles pulmonaires

« l’arbre respiratoire » de l’Homme. 

Les poumons sont composés des différents types de bronches, des conduits alvéolaires, des alvéoles pulmonaires ainsi que des capillaires sanguins entourant les alvéoles pulmonaires. Cela forme un tissu de couleur rose, très élastique.

Il faut savoir que le poumon gauche est légèrement plus petit que le poumon droit en raison de la place qu’occupe le cœur dans la partie gauche de la cage thoracique.

Anatomie de la trachée :

La trachée forme un anneau semi-circulaire en forme de fer à cheval, composé d’un tissus fibro-cartilagineux. Le muscle lisse (ou muscle trachéal) clôt l’arceau et permet de modifier le diamètre du tube pour augmenter ou réduire le débit de l’air arrivant dans le poumon. Ces voies respiratoires sont tapissées par une muqueuse comportant un épithélium* cilié (comportant des cils). 

Cette muqueuse contient des cellules souches épithéliales, des cellules séreuses, des fibres élastiques, des cellules immunitaires (glandes mixtes et structures lymphoïdes) ainsi que de nombreux vaisseaux sanguins et de nombreux nerfs.

La muqueuse possède plusieurs rôles : elle réchauffe, humidifie et filtre l’air inspiré. La fonction de filtration est assurée d’une part par la capture des particules grâce au film muco-ciliaire recouvrant l’épithélium. Ce film, sécrété par les cellules séreuses, fonctionne comme un tapis roulant : il remonte ensuite le long de la trachée grâce aux battements des cils. Il sera ensuite expectoré (craché) ou dégluti (avalé). De plus, les glandes mixtes et les structures lymphoïdes du chorion produisent respectivement des enzymes bactéricides et des anticorps, chargés de neutraliser puis d’éliminer les éléments pathogènes contenus dans l’air.

Le chorion est le nom donné à la couche profonde le la muqueuse.

Anatomie des bronches :

Une bronche a un aspect circulaire, contrairement à la trachée. La lumière est le conduit qu’empreinte l'air pour arriver jusqu'aux alvéoles pulmonaires. La lumière de la bronche est délimitée par un anneau d'épithélium cilié reposant sur la muqueuse pulmonaire. Les muscles lisses bronchiques sont insérés au sein même de cette muqueuse et ils forment un cercle autour de la lumière de la bronche. Un anneau cartilagineux délimite la paroi de la bronche sur sa face externe. La paroi pulmonaire est fortement innervée et vascularisée.

Les muscles lisses des voies respiratoires ont donc une grande importance car ils permettent de modifier la quantité d'air qui arrive au niveau des alvéoles en se contractant ou en se relâchant. On peut donc penser qu'ils jouent un rôle primordial dans la survenue de la crise d'asthme.

2)    Anatomie de la cage thoracique :

Les poumons sont insérés dans la cage thoracique, celle-ci jouant donc un rôle de protection. La cage thoracique est composée de 12 paires de côtes, des muscles intercostaux internes et externes, du sternum (os qui relie les 7 premiers côtes) et du diaphragme (muscle strié squelettique). Le diaphragme est le principal muscle responsable de la ventilation et il permet de délimiter la cage thoracique de l’abdomen. Les muscles intercostaux participent aussi à cette ventilation en modifiant la forme de la cage thoracique.

Les poumons doivent être reliés à la cage thoracique pour suivre ces mouvements lors de la respiration. La plèvre assure cette liaison. Elle est constituée de 2 feuillets de tissu conjonctif*, le feuillet externe ou pariétal, accolé à la cage thoracique, et le feuillet interne ou viscéral, fixé aux poumons. La plèvre forme une sorte de sac hermétique autour du poumon. Elle est remplie d’un liquide incompressible appelé liquide pleural. Lorsque la cage thoracique augmente de volume, le liquide pleural permet au poumon d’effectuer le même mouvement. De plus,  le liquide pleural joue un rôle de lubrifiant afin d’éviter les frictions entre la cage thoracique et les poumons.

  

3)    La ventilation :

Lors de l’inspiration, le diaphragme se contracte et s’abaisse et la cage thoracique augmente de volume du fait de la contraction des muscles intercostaux externes. Les poumons, entraînés par le liquide pleural, augmentent à leur tour de volume. La pression de l’air dans les poumons diminue et devient inférieure à la pression atmosphérique, ce qui engendre une arrivée d’air venant de la trachée.

                           

Lors de l’expiration, le diaphragme se relâche et remonte, la cage thoracique se comprime. Ce phénomène est accentué par le relâchement des muscles intercostaux externes. Les poumons, élastiques, reprennent leur volume initial. La pression de l’air à l’intérieur des poumons augmente jusqu’à être supérieure à la pression atmosphérique, ce qui engendre l’expulsion de l’air vers l’extérieur.

Le phénomène de ventilation est donc l’alternance successive le la phase d’inspiration et d’expiration. Lors d'un cycle ventilatoire normal nous inspirons et expirons 0,5 L d'air environ, c'est ce que l'on nomme volume courant. Ce volume courant est bien plus élevé lors d'un effort, où l'on peut inspirer puis expirer jusqu'à 3 L d'air. La ventilation a pour but de renouveler l’air à l’intérieur des alvéoles pulmonaires. Les poumons ont donc pour but de permettre un échange important et rapide de gaz entre les gaz dissous dans le sang et les gaz contenus dans l’air.

4)    Échange O₂/CO₂ au niveau de l’alvéole pulmonaire

L’alvéole pulmonaire constitue la plus petite unité du poumon. C’est une sorte de sac. La paroi de ces alvéoles, extrêmement fine, est constituée d’une unique couche de cellules aplaties et jointives : les pneumocytes de type I. La face externe de ces cellules est en contact avec les capillaires sanguins alors que la face interne est en contact avec l’air contenu dans les alvéoles.

Schéma d’un capillaire sanguin entourant les alvéoles pulmonaires

Les alvéoles pulmonaires contiennent aussi 2 autres types cellulaires, les pneumocytes de type II et les macrophages alvéolaires. Les pneumocytes de type II sont chargés de synthétiser le surfactant, qui est une lipoprotéine permettant à l’alvéole de rester ouverte. Les macrophages alvéolaires sont chargés d’éliminer par phagocytose les particules ou les bactéries qui n’ont pas été capturées par les voies aériennes supérieures.

La paroi des alvéoles est extrêmement fine et mesure 350 nanomètres d’épaisseur. Cela facilite les échanges d’O₂ et de CO₂ entre l’air et le sang, qui s’effectue de manière passive, par diffusion. L’O₂ est fortement concentré dans l’air de l’alvéole mais le sang des capillaires sanguins en est appauvri. L’O₂ va donc diffuser d’un milieu de forte concentration vers un milieu de faible concentration pour rétablir ce gradient. Le CO₂, fortement concentré dans le sang arrivant dans les poumons va ainsi diffuser vers l’air de l’alvéole, faiblement concentré en CO₂. La ventilation des poumons permet donc de rétablir ce gradient de concentrations (air concentré en O₂ et peu concentré en CO₂ dans l’alvéole pulmonaire) en renouvelant l’air contenu dans ces alvéoles, ce qui permet de continuer l’échange O₂/CO₂.

5)    Définition/ sources :

Épithélium : tissu de cellules jointives reliées entre elles par des desmosomes. Les épithéliums recouvrent la surface externe du corps (peau ainsi que système digestif et muqueuses). Tous les épithéliums reposent sur une lame basale* qui les sépare des tissus conjonctif. Ils ne sont pas vascularisés.

Lame basale : c’est une matrice extracellulaire particulière, faisant le lien entre l’épithélium et le tissu conjonctif sous-jacent. Elle comporte des glycoprotéines, du protéoglycane (perlécan) et des fibres de collagène (IV et VII).

Tissu conjonctif : Les tissus conjonctifs sont des tissus dont les cellules sont séparées par de la matrice extracellulaire. Ce sont des « tissus de remplissage », constituant la majeure partie du corps humain. Ils servent de soutien ou de protection pour des organes, ils peuvent servir de stockage pour la nutrition et ils contiennent de nombreuses fibres.