Physiologie du système
respiratoire
Pour maintenir
ses fonctions vitales, l'organisme a
un besoin permanent d'énergie.
Or, cette énergie, l'ATP qui
provient de la dégradation des nutriments, ne
peut être crée sans un apport d'oxygène.
En effet, à l'image d'un feu qui se meurt en
absence d'air, il ne peut y avoir de
production d'énergie à l'intérieur du corps
sans un apport régulier d'O2.
Le rôle du système respiratoire va donc
consister à gérer les échanges gazeux
à travers le corps de manière la plus efficace
possible.
Ainsi, à partir des substrats énergétiques,
les réactions d'oxydation
aboutissent à la formation d'eau et de
dioxyde de carbone en délivrant au passage une
certaine quantité d'énergie, l'indispensable
ATP.
La consommation d'oxygène
et la production de dioxygène CO2 sont donc au
centre des échanges gazeux dans la respiration.
Mécanique respiratoire
La respiration s'effectue
grâce aux variations de volume de la cage
thoracique.
L'ouverture de la cage
thoracique provient de l'adition de
l'abaissement
du diaphragme et de l'élévation
des côtes.
Lorsque celle ci a lieu, il se
produit une diminution de la pression
thoracique, créant alors un appel
d'air par les voies respiratoires.
L'inspiration s'effectue
par un processus actif
grâce à la contraction des muscles
respiratoires de la cage thoracique et du
diaphragme.
L'expiration est
elle passive
et correspond au retour à la position
initiale par élasticité.
Muscles respiratoires
On distingue deux
types de respiration : la respiration
thoracique et la respiration
abdominale.
La respiration thoracique
Durant la respiration thoracique, la cage
thoracique s'élargit par le soulèvements
des côtes et des muscles
intercostaux externes.
Les côtes pivotent sur leur axe, entraînant
ainsi une augmentation des dimensions du
thorax.
Pendant un effort, l'abaissement des côtes se
fait au moment de l'expiration forcée par la
contraction des muscles intercostaux
internes.
La respiration abdominale
La respiration abdominale
s'effectue grâce au mouvement du diaphragme.
Le diaphragme est le muscle séparant la cage
thoracique de la cage abdominale.
Lorsque le diaphragme se
contracte, il s'abaisse et agrandit alors
l'espace thoracique.
Les mouvements
respiratoires du thorax et du ventre
ne sont en fait pas isolés l'un de l'autre
mais ont lieu en fait simultanément.
Au repos, 70%
de la ventilation pulmonaire se réalise par la
respiration abdominale.
Durant un effort par
contre, les muscles élévateurs des côtes
passent à l'action.
Les muscles abdominaux
sont nécessaires pour assister
l'expiration. Ils abaissent les côtes
et diminuent le volume de la cage thoracique
en exerçant une pression sur le thorax.
Travail respiratoire
Le volume respiratoire au
repos est de 6
l/min.
La fréquence respiratoire
s'éleve à 15
respirations/min.
La valeur du travail respiratoire au
repos est d'environ 7
J/min. Ainsi, les muscles
respiratoires effectuent un travail de 70 KJ.
/jour, ce qui correspond à 1% du
métabolisme de base.
Le travail respiratoire à l'effort
est beaucoup plus élevé. Celui-ci peut
s'accroître jusqu'à 30
Kj./min.
La consommation d'oxygène
des muscles respiratoires au repos est
d'environ 1% alors qu'elle s'élève à 12% de la
consommation totale d'O2 en plein effort.
Ventilation pulmonaire
Le renouvellement de l'air par
la ventilation est nécessaire aux échanges
gazeux O2 et CO2.
La capacité
pulmonaire va dépendre :
- du volume courant (VC)
equivalent à 500 ml.. C'est le volume d'air
à chaque cycle respiratoire.
- du volume de réserve inspiratoire
(VRI) équivalent à 2000 ml. C'est
le volume d'air maximal inspiré.
- du volume de réserve expiratoire
(VRE) équivalent à 1500 ml. C'est
le volume d'air maximal expiré.
- du volume résiduel (VR)
équivalent à 1200 ml. C'est le volume d'air
restant dans les poumons après une
expiration forcée.
On note également que,
- la capacité vitale (CV)
qui est la somme de VC + VRI + VRE,
correspond donc au volume d'air qui peut
être expiré au maximum après une inspiration
profonde.
- la capacité pulmonaire totale
(CPT) qui est la somme de VC +
VRI + VRE + VR, correspond au plus grand
volume d'air pulmonaire après une
inspiration maximale.
Tous ces volumes diffèrent selon des critères
comme l'âge,
la taille,
le poids
d'une personne ainsi que sa condition
physique.
A savoir que le volume pulmonaire
chez la femme est 10% plus petit
que celui de l'homme.
Le volume pulmonaire diminue avec
l'âge mais augmente avec
l'état d'entrainement. Le volume résiduel
lui augmente de 30% entre 25 et 60 ans.
La capacité vitale diminue avec l'âge à cause
de la diminution de l'élasticité des poumons
et de l'augmentation de la rigidité de la cage
thoracique.
Le test d'expiration
forcée maximale permet de mettre en
évidence certains problèmes respiratoires. La
valeur normale pour un sujet de 30 ans en
bonne santé est d'environ 80% de la capacité
vitale.
La ventilation
maximale par minute donne une
indication précise de la performance du
système respiratoire. Ce test consiste à
effectuer des inspirations et expirations
profondes maximales pendant 10 secondes puis
de multiplier le résultat par 6 pour obtenir
un taux par minutes. Une valeur normale
constatée chez un homme de 30 ans en bonne
santé est de 160 l./min. Chez la femme cette
valeur s'élève à 110 l./min.. En revanche, ce
résultat peut monter jusqu'à 400 l./min. chez
les athlètes.
La fréquence
respiratoire normale au repos est
de 12-16
respirations par minutes. Lors d'un effort,
elle atteint 40-50
respirations/min. Chez l'athlète
celle-ci peut même monter jusqu'à 60
respirations/min.
Chez le nouveau-né, la
fréquence respiratoire au repos est aussi
élevé que celle d'un adulte à l'effort. Ceci
s'explique par le volume courant qui est
beaucoup plus faible, environ 18 ml.
Lors de la croissance, le
volume courant et le développement des poumons
augmentent pour atteindre leur maximum à l'âge
de 18 ans.
La fréquence et le volume
respiratoire sont réglés
naturellement de façon optimale
pour n'importe quel niveau d'activité. Il faut
donc respirer
selon le rythme naturel.
Chez les atlètes, le débit
respiratoire augmente surtout grâce à
l'augmentation du volume courant et non grâce
à une fréquence respiratoire plus élevé.
D'un point de vue sportif, il
est donc préférable de respirer plus
profondément.. plutôt que de respirer plus
vite !
Echanges et transport des
gaz
L'air que nous respirons est
composé à 79.04 % d'azote, à 20.93 % d'oxygène
et à 0.03 % de dioxyde de carbone.
L'azote est un gaz inerte
qui n'interfère aucunement dans les échanges
gazeux. C'est donc un gaz neutre.
L'oxygène se diffuse dans
le sang par l'intermédiaire des membranes des
capillaires alvéolaires.
A linverse, le dioxyde de carbone
passe du sang dans l'air alvéolaire pour
constituer un gaz alvéolaire. La proportion
d'oxygène n'est plus alors que de 15 % environ
et celle du dioxyde de carbone de 5%.
La pression du dioxyde de carbone dans l'air
est de 0.03 kPa. Dans l'air alvéolaire,
celle-ci s'élève à 5 kPa soit 100 fois plus
que dans l'air ambiant !
C'est donc grâce aux gradients des
pressions partielles des gaz que
l'oxygène peut diffuser dans le sang et que le
dioxyde de carbone peut passer du sang dans
l'air alvéolaire.
La capacité de diffusion de
l'oxygène augmente lors d'un effort. Cette
valeur commence à diminuer après l'âge de 20
ans.
L'oxygène est acheminé vers les cellules par
l'hémoglobine.
La saturation du sang en oxygène est
d'environ 98 % au repos.
Cette mesure diminue légèrement durant un
effort, le sang se déplaçant plus vite.
Régulation de la respiration
La respiration s'adapte aux
exigences de l'organisme en
augmentant automatiquement sa frequence et son
volume.
Au repos, la respiration est réglée
par la concentration des gaz et des
ions hydrogène dans le sang. Des récepteurs
informent les centres respiratoires des
moindres variations chimiques.
Mais ce n'est pas tout, les centres
supérieurs du cerveau peuvent eux aussi
modifier la respiration. Ainsi, en se
représentant mentalement une action motrice,
la respiration va s'accélérer pour se préparer
à l'effort à venir.
Les centres respiratoires seront aussi
exciter par les récepteurs musculaires et
tendineux sensibles à l'étirement.
Lors d'un effort, le volume
ventilatoire va augmenter de
manière linéaire,
passant de 6 l./min à 200 l./min
ou plus.
Les récepteurs musculaires ou des les tissus
conjonctifs vont agir comme des régulateurs
de la respiration.
Une fois la limite individuelle atteinte, la
pression du CO2 va augmenter et le Ph du corps
va diminuer. La respiration s'élèvera alors
cette fois de manière non
linéaire.
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Toute pratique
sportive intensive doit au préalable
faire l'objet d'une consultation auprès
d'un médecin du sport. |
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