7 Appareil respiratoire

La principale entrée et sortie de l’appareil respiratoire est le nez. Il est utile de diviser le nez en deux grandes parties pour en expliquer la structure :

•  le nez externe
•  le nez interne

Les narines s’ouvrent dans la cavité nasale, qui est séparée en deux parties par le septum nasal (figure 7.2). Le septum nasal est formé en avant par une partie du cartilage septal et en arrière par la lame perpendiculaire de l’os ethmoïde et les fins os du vomer.

Chaque paroi latérale de la cavité nasale présente trois saillies osseuses. Le cornet nasal inférieur est composé d’os distincts et les cornets supérieurs et moyens sont des parties de l’os ethmoïde. Les cornets augmentent la surface de la cavité nasale, perturbent le flux d’air à l’entrée du nez et font rebondir l’air le long de l’épithélium, où il est nettoyé et réchauffé. Les cornets et les méats retiennent l’eau pendant l’expiration pour éviter la déshydratation.

Le plancher de la cavité nasale est composé du palais dur et du palais mou. L’air sort de la cavité nasale par les narines internes et se dirige vers le pharynx.

Les sinus paranasaux servent à réchauffer et à humidifier l’air entrant et sont tapissés d’une muqueuse qui produit du mucus. Ils sont nommés d’après l’os qui leur est associé :

• sinus frontal
• sinus maxillaire
• sinus sphénoïdal
• sinus ethmoïdal

Les narines et la partie antérieure de la cavité nasale sont tapissées de muqueuses contenant des glandes sébacées et des follicules pileux qui empêchent les gros débris, comme la saleté, de pénétrer dans la cavité nasale. L’épithélium olfactif, qui détecte les odeurs, est situé plus profondément dans la cavité nasale.

Les cornets, les méats et les sinus paranasaux sont tapissés par un épithélium respiratoire composé d’un épithélium pseudostratifié cylindrique cilié (figure 7.3). L’épithélium contient des cellules épithéliales spécialisées qui produisent du mucus pour retenir les débris. Les cils de l’épithélium respiratoire aident à éliminer le mucus et les débris grâce à un mouvement de battement constant, balayant les particules vers la gorge pour qu’elles soient avalées.

Cet épithélium humide a pour fonction de réchauffer et d’humidifier l’air entrant. Les capillaires situés sous l’épithélium réchauffent l’air par convection. Les cellules séreuses et productrices de mucus sécrètent également des défensines, des cellules immunitaires qui parcourent le tissu conjonctif pour apporter une protection supplémentaire.

Le pharynx se divise en trois régions : le nasopharynx, l’oropharynx et le laryngopharynx (voir figure 7.4).

Au sommet du nasopharynx se trouvent les tonsilles pharyngées. La fonction de la tonsille pharyngée reste un peu incomprise. Elle contient une grande quantité de lymphocytes et est couverte d’un épithélium cilié qui retient et détruit les agents pathogènes qui pénètrent dans l’organisme par inhalation. Les tonsilles pharyngées sont grosses chez les enfants, mais elles ont tendance à régresser avec l’âge et peuvent même disparaître. L’uvule palatine et le palais mou se déplacent comme un pendule pendant la déglutition, se balançant vers le haut pour fermer le nasopharynx et empêcher les aliments ingérés de pénétrer dans la cavité nasale. Les trompes auditives (trompes d’Eustache) reliées à chaque cavité de l’oreille moyenne s’ouvrent dans le nasopharynx. C’est cette connexion qui explique pourquoi un rhume peut entraîner une infection des oreilles.

L’oropharynx est sous le nasopharynx et derrière la cavité buccale.  L’oropharynx contient deux séries distinctes de tonsilles :

• Les tonsilles palatines.
  • La tonsille palatine est l’une des paires de structures situées latéralement dans l’oropharynx, dans le gosier.
• Les tonsilles linguales.
  • La tonsille linguale se trouve à la base de la langue.

Tout comme la tonsille pharyngée, les amygdales palatine et linguale sont constituées de tissu lymphoïde. Elles retiennent et détruisent les agents pathogènes qui pénètrent dans l’organisme par les cavités buccales ou nasales.

Le laryngopharynx est inférieur à l’oropharynx et postérieur au larynx. Il continue de tracer le trajet des matières ingérées et de l’air jusqu’à son extrémité inférieure, où les appareils digestif et respiratoire divergent. L’épithélium pavimenteux stratifié de l’oropharynx continue dans le laryngopharynx. La partie antérieure du laryngopharynx s’ouvre sur le larynx, tandis que la partie postérieure pénètre dans l’œsophage.

Larynx

La structure du larynx est formée de plusieurs morceaux de cartilage. La structure principale du larynx est formée de trois grandes pièces de cartilage.

• Cartilage thyroïde (antérieur) :
  • Le cartilage thyroïde est le plus grand des cartilages du larynx. Il est constitué de la proéminence laryngée, ou « pomme d’Adam », qui est souvent plus proéminente chez les hommes.
• Cartilage épiglottique (supérieur) :
  • Trois cartilages plus petits et appariés – le cartilage aryténoïde, cartilage corniculé et le cartilage cunéiforme – sont attachés à l’épiglotte, aux cordes vocales et aux muscles qui aident à déplacer les cordes vocales pour produire la parole.
• Cartilage cricoïde (inférieur) :
  • Le cartilage cricoïde est épais et forme un anneau ayant une large région postérieure et une région antérieure plus mince.

Lorsque l’épiglotte est en position « fermée », l’extrémité non attachée repose sur la glotte.  Le pli vestibulaire, ou cordes vocales supérieures, est l’une des deux sections repliées de la muqueuse. Les plis vocaux sont l’un des plis membraneux blancs attachés par des muscles aux cartilages thyroïde et aryténoïde du larynx par leurs parois extérieures. Les parois intérieures des plis vocaux sont libres, ce qui permet la production par oscillation.

La déglutition entraîne le soulèvement du pharynx et du larynx, ce qui permet au pharynx de se dilater et à l’épiglotte du larynx de basculer vers le bas, fermant ainsi l’ouverture de la trachée. Ces mouvements créent plus d’espace pour le passage des aliments, tout en empêchant les aliments et les boissons de pénétrer dans la trachée.

Comme c’est le cas dans les fosses nasales et le nasopharynx, cet épithélium spécialisé produit du mucus pour bloquer les débris et les agents pathogènes lorsqu’ils pénètrent dans la trachée. Les cils font remonter le mucus vers le laryngopharynx, où il peut être avalé par l’œsophage.

Trachée

La trachée est formée de 16 à 20 morceaux de cartilage hyalin empilés et en forme de C, reliés par un tissu conjonctif dense. Le muscle trachéal et le tissu conjonctif élastique forment la membrane fibroélastique. Cette membrane permet à la trachée de s’étirer et de se dilater légèrement pendant l’inspiration et l’expiration, tandis que les anneaux de cartilage fournissent un soutien structurel et empêchent un collapsus trachéal. Le muscle trachéal peut être contracté pour forcer l’air à passer par la trachée pendant l’expiration. La trachée est tapissée d’un épithélium cylindrique cilié pseudostratifié, qui est en continuité avec le larynx. L’œsophage borde l’arrière de la trachée.

Arbre bronchique

La trachée se ramifie en bronches souches droite et gauche au niveau de la carène. Ces bronches sont également tapissées d’un épithélium pseudostratifié cylindrique cilié contenant des cellules caliciformes productrices de mucus (figure 7.7b). La carène est une structure surélevée contenant un tissu nerveux spécialisé qui induit une toux violente en présence d’un corps étranger, comme un aliment. Des anneaux de cartilage, semblables à ceux de la trachée, soutiennent la structure des bronches et empêchent leur affaissement. Les bronches souches pénètrent dans les poumons au niveau du hile. Les bronches continuent de se ramifier pour former l’arbre bronchique. L’arbre bronchique est le terme générique utilisé pour désigner ces bronches aux multiples ramifications. La fonction principale des bronches, comme d’autres structures de la zone de conduction, est de fournir un passage à l’air pour qu’il entre et sorte de chaque poumon. La muqueuse retient les débris et les agents pathogènes.

Une bronchiole se ramifie à partir des bronches tertiaires. Les bronchioles ont un diamètre d’environ 1 mm et se ramifient jusqu’à devenir les minuscules bronchioles terminales, qui mènent aux structures d’échange gazeux. Chaque poumon compte plus de 1 000 bronchioles terminales. Les parois musculaires des bronchioles ne contiennent pas de cartilage comme celles des bronches. Cette paroi musculaire permet de modifier la taille du tube pour augmenter ou réduire le débit d’air.

Alvéoles

Un canal alvéolaire mène à un ensemble d’alvéoles. Un alvéole est l’un des nombreux petits sacs en forme de raisin qui sont attachés aux canaux alvéolaires. Un sac alvéolaire est un groupe de plusieurs alvéoles individuels responsables des échanges gazeux. Un alvéole mesure environ 200 μm de diamètre et possède des parois élastiques qui lui permettent de s’étirer lors de l’admission d’air, ce qui augmente considérablement la surface disponible pour les échanges gazeux. Les alvéoles sont reliés les uns aux autres par des pores alvéolaires, lesquels contribuent à maintenir une pression d’air égale dans les alvéoles et les poumons (voir figure 7.9).

Les poumons sont deux organes en forme de pyramide, reliés à la trachée par les bronches droite et gauche. Sur la surface inférieure, les poumons sont bordés par le diaphragme. Les poumons sont entourés des plèvres, lesquelles sont attachées au médiastin. Le poumon droit est plus court et plus large que le poumon gauche et ce dernier occupe moins de place que le droit. L’incisure cardiaque laisse de la place pour le cœur (voir figure 7.10). L’apex pulmonaire est la région supérieure, tandis que la base du poumon est la région opposée, près du diaphragme. La surface costale du poumon borde les côtes et la surface médiastinale fait face à la ligne médiane.

Chaque poumon est composé de plus petites parties appelées lobes, qui sont séparés les uns des autres par des scissures. Le poumon droit se compose de trois lobes : les lobes supérieur, moyen et inférieur. Le poumon gauche a uniquement un lobe supérieur et un lobe inférieur.  Un lobule pulmonaire est une subdivision formée lorsque les bronches se ramifient en bronchioles. Chaque lobule reçoit sa propre bronchiole qui a elle-même de multiples ramifications. Le septum interlobulaire est une cloison conjonctive séparant les lobules les uns des autres.

Innervation pulmonaire

L’apport sanguin des poumons joue un rôle important dans les échanges gazeux et transporte les gaz dans l’ensemble de l’organisme. L’innervation par les systèmes nerveux parasympathique et sympathique permet un bon contrôle grâce à la dilatation et la constriction des voies aériennes.

• Le système parasympathique entraîne la bronchoconstriction alors que
• le système nerveux sympathique stimule la bronchodilatation.

Le système nerveux autonome contrôle également les réflexes comme la toux et la capacité des poumons à réguler les niveaux d’oxygène et de dioxyde de carbone. Les fibres nerveuses sensorielles proviennent du nerf vague et des ganglions thoraciques (du deuxième au cinquième). Le plexus pulmonaire est une zone à la base du poumon où pénètrent les nerfs par le hile. Les nerfs suivent ensuite les bronches vers les poumons et se ramifient pour innerver les fibres musculaires, les glandes et les vaisseaux sanguins.

Plèvre des poumons

Chaque poumon est encastré dans une cavité entourée par la plèvre. La plèvre est une membrane séreuse qui entoure le poumon. Les plèvres droite et gauche, qui entourent respectivement les poumons droit et gauche, sont séparées par le médiastin.

Les plèvres sont composées de deux couches :

1. La plèvre viscérale est la couche superficielle des poumons, qui s’insère dans les fissures pulmonaires et les tapisse (voir figure 7.11).
2. La plèvre pariétale est la couche externe reliée à la paroi thoracique, au médiastin et au diaphragme.

Les plèvres viscérale et pariétale sont reliées au niveau du hile. La cavité pleurale est l’espace situé entre les couches viscérales et pariétales.

Les plèvres remplissent deux fonctions principales :

1. Produire le liquide pleural qui lubrifie les surfaces, réduit les frottements pour éviter les traumatismes pendant la respiration et crée une tension superficielle qui aide à maintenir les poumons contre la paroi thoracique. Cette caractéristique adhésive du liquide pleural permet aux poumons de s’élargir lorsque la paroi thoracique se dilate pendant la ventilation, ce qui leur permet de se remplir d’air.
2. Les plèvres créent également une division entre les principaux organes pour empêcher les interférences causées par le mouvement des organes et la propagation des infections.

La différence de pression entraîne la ventilation pulmonaire; l’air s’écoule selon un gradient de pression, c’est-à-dire que l’air s’écoule d’une zone de pression plus élevée vers une zone de pression plus basse.

• La circulation de l’air est causée principalement par la différence de pression : la pression atmosphérique est supérieure à la pression intra-alvéolaire, qui elle est supérieure à la pression intrapleurale.
• L’air sort des poumons pendant l’expiration selon le même principe : la pression à l’intérieur des poumons devient alors supérieure à la pression atmosphérique.

La ventilation pulmonaire comprend deux étapes principales : l’inspiration et l’expiration (figure 7.12). Un cycle respiratoire est une inspiration suivie d’une expiration.

Deux groupes musculaires sont utilisés lors d’une inspiration normale : le diaphragme et les muscles intercostaux externes. D’autres muscles peuvent être interpellés si une plus grande respiration est nécessaire.

• Le diaphragme se contracte et se déplace vers l’intérieur de la cavité abdominale, créant ainsi une cavité thoracique plus large et libérant de l’espace pour les poumons.
• Les muscles intercostaux externes se contractent et déplacent les côtes vers le haut et vers l’extérieur, ce qui provoque l’expansion de la cage thoracique et augmente le volume de la cavité thoracique.

En raison de la force adhésive du liquide pleural, l’expansion de la cavité thoracique oblige également les poumons à s’étirer et à se dilater. Cette augmentation du volume des poumons entraîne une diminution de la pression intra-alvéolaire, créant une pression inférieure à la pression atmosphérique, ce qui entraîne un gradient de pression qui pousse l’air dans les poumons.

Le processus d’expiration normal est passif, ce qui signifie qu’aucune énergie n’est nécessaire pour expulser l’air des poumons.

• L’élasticité du tissu pulmonaire entraîne la rétraction du poumon tandis que le diaphragme et les muscles intercostaux se relâchent après l’inspiration.
• Le volume de la cavité thoracique et les poumons diminuent, ce qui entraîne une augmentation de la pression intrapulmonaire. La pression intrapulmonaire s’élève au-dessus de la pression atmosphérique, créant un gradient de pression qui fait sortir l’air des poumons.

Il existe différents types, ou modes, de respiration qui nécessitent un processus d’inspiration et expiration légèrement différent :

• L’eupnée se produit au repos et qui ne nécessite pas de réflexion cognitive de la part de la personne. Lors de cette respiration, le diaphragme et les muscles intercostaux externes doivent se contracter.
• La respiration diaphragmatique, également appelée respiration profonde, nécessite la contraction du diaphragme. Le diaphragme se relâche et l’air est expulsé des poumons de façon passive
• La respiration costale, ou respiration superficielle, nécessite la contraction des muscles intercostaux. L’air est expulsé des poumons de façon passive tandis que les muscles intercostaux se relâchent.
• La respiration forcée, ou hyperpnée, peut se produire pendant l’exercice ou lors d’actions qui nécessitent une incitation active de la respiration, comme le chant.
  • Lors de ce type de respiration, l’inspiration et l’expiration sont causées par des contractions musculaires. En plus du diaphragme et des muscles intercostaux, d’autres muscles accessoires doivent également se contracter.
    • Pendant l’inspiration forcée, les muscles du cou se contractent et soulèvent la paroi thoracique, augmentant ainsi le volume pulmonaire.
    • Lors d’une expiration forcée, les muscles accessoires de l’abdomen se contractent, poussant les organes abdominaux vers le haut, contre le diaphragme, ce qui permet de pousser le diaphragme plus loin dans le thorax et de faire sortir plus d’air. Les muscles accessoires contribuent également à comprimer la cage thoracique, ce qui réduit le volume de la cavité thoracique.

La respiration se produit généralement inconsciemment, bien que l’on puisse parfois la contrôler consciemment, par exemple sous l’eau, en chantant ou en faisant des bulles. La fréquence respiratoire est le nombre total de respirations par minute. Elle peut être un indicateur important de maladie; elle peut augmenter ou diminuer en cas de maladie ou de troubles. La fréquence respiratoire est contrôlée par le centre respiratoire situé dans le bulbe rachidien du cerveau, qui réagit principalement aux variations des niveaux de dioxyde de carbone, d’oxygène et de pH dans le sang.

La fréquence respiratoire normale d’un enfant diminue de la naissance à l’adolescence :

• Un enfant de moins d’un an a une fréquence respiratoire normale comprise entre 30 et 60 respirations par minute,
• alors que celle d’un enfant d’environ 10 ans est plutôt de 18 à 30 par minute.
• À l’adolescence, la fréquence respiratoire normale est similaire à celle des adultes, soit 12 à 18 respirations par minute.

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Termes médicaux difficiles à décomposer en radical et affixes

• On estime que le risque de développer un cancer du poumon augmente de 30 % chez les non-fumeurs qui vivent avec une personne qui fume à la maison, par rapport aux non-fumeurs qui ne sont pas régulièrement exposés à la fumée secondaire.
• Les enfants qui vivent avec une personne qui fume à l’intérieur de la maison ont un plus grand nombre d’infections des voies aériennes inférieures, qui sont associées à des hospitalisations, et un risque plus élevé de syndrome de mort subite du nourrisson (SMSN). La fumée secondaire à la maison est également associée à un plus grand nombre d’infections de l’oreille chez les enfants ainsi qu’à une aggravation des symptômes de l’asthme (Betts, et coll., 2013).