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Organisation et histologie de l'appareil respiratoire

Nos cellules doivent recevoir en permanence et en quantité adéquate des molécules de dioxygène (O2) pour pouvoir fabriquer l'énergie nécessaire à leur fonctionnement grâce à la combustion du glucose. Le résidu de cette combustion, le dioxyde de carbone (CO2), doit être évacué de l'organisme.
On appelle respiration les échanges d'O2 et de CO2 entre les cellules et le milieu extérieur. Elle est assurée par l'appareil respiratoire, logé dans la cage thoracique et couplé à la circulation sanguine.
1. Quelle est la composition de l'appareil respiratoire ?
L'appareil respiratoire est composé :
• Des voies respiratoires, qui permettent les échanges d'air entre l'atmosphère et les poumons. Elles comprennent :
  • la cavité nasale, qui filtre, réchauffe et humidifie l'air ;
  • le pharynx, qui appartient également à l'appareil digestif ;
  • le larynx, qui permet en plus la phonation grâce à la présence de cordes vocales ;
  • la trachée, qui purifie, réchauffe et humidifie l'air, et sécrète un mucus protecteur.
• Des voies intrapulmonaires, qui amènent l'air des voies respiratoires jusqu'aux alvéoles pulmonaires. Ce sont :
  • les bronches, qui purifient, réchauffent et humidifient l'air, et sécrètent un mucus protecteur ;
  • les bronchioles.
• Des poumons, deux organes spongieux et élastiques, qui renferment chacun environ 350 millions d'alvéoles pulmonaires.
• De la plèvre, un double feuillet séreux qui sécrète et contient le liquide pleural, et qui relie les poumons à la cage thoracique tout en les maintenant ouverts.
Le diaphragme est un muscle situé sous les poumons. Il s'abaisse pendant l'inspiration, pour laisser les poumons se distendre, et se relève pendant l'expiration, pour aider les poumons à expulser l'air.
Exercice n°1Exercice n°2
2. Quels sont les liens entre les appareils respiratoire et cardiovasculaire ?
• La grande circulation (appelée aussi circulation générale ou circulation systémique) permet d'approvisionner les cellules en O2 et de récupérer le CO2 qu'elles produisent. C'est l'artère aorte, qui se divisent en artères plus petites, qui récupère le sang hématosé (= enrichi en O2) et l'envoie aux tissus. Quand les cellules ont été approvisionnées en O2, le sang est dit non hématosé, il sort des tissus par des veinules puis des veines qui se rassemblent en deux veines caves chargées de ramener le sang au cœur.
• La petite circulation ou circulation pulmonaire permet d'enrichir en O2 le sang qui provient des tissus afin qu'il soit à nouveau hématosé. L'artère pulmonaire injecte le sang non hématosé dans les poumons, jusqu'aux capillaires pulmonaires en contact étroit avec les alvéoles, au niveau desquelles s'effectuera le passage des molécules d'O2. Les veines pulmonaires ramèneront le sang hématosé au cœur.
3. Quelle est la structure histologique des conduits respiratoires ?
• Les structures histologiques de la trachée et des bronches sont très proches, elles sont composées de plusieurs couches ou tuniques :
  • une muqueuse, composée d'un épithélium pseudostratifié cilié et de cellules caliciformes productrices de mucus ; celui-ci retient les diverses particules inhalées pendant l'inspiration, tandis que les cils évacuent l'ensemble vers les voies digestives par le biais du pharynx ;
  • une sous-muqueuse, qui sécrète également du mucus, et qui présente des muscles lisses et des vaisseaux sanguins ;
  • une tunique médiane, composée d'anneaux cartilagineux incomplets (pour permettre à l'œsophage, juste derrière, de se dilater au passage du bol alimentaire) qui assurent la rigidité de la trachée et des bronches ;
  • une adventice, composée de tissu conjonctif.
• Au fur et à mesure de la diminution de leur diamètre, les bronchioles présentent de moins en moins de cartilage, de cils et de cellules à mucus : leur structure histologique se modifie pour ressembler de plus en plus à celle des tissus de la zone respiratoire.
• Les muscles lisses en forme d'anneau des bronches et des bronchioles permettent le contrôle de leur diamètre : bronchoconstriction ou bronchodilatation.
Exercice n°5Exercice n°6Exercice n°7Exercice n°8
4. Pourquoi l'ultrastructure de la barrière alvéolo-capillaire est-elle particulièrement bien adaptée à sa fonction ?
La barrière alvéolo-capillaire doit être suffisamment perméable pour assurer la diffusion maximale des gaz respiratoires. Elle doit pour cela être la plus mince possible, et être dépourvue d'éléments susceptibles de freiner ou d'empêcher la diffusion.
• Ainsi, les alvéoles pulmonaires sont constituées de deux types de cellules :
  • les pneumocytes I, qui forment une mince paroi d'épithélium pavimenteux ;
  • les pneumocytes II, qui produisent une substance tensioactive, le surfactant, et en tapissent l'intérieur de la paroi alvéolaire ; le surfactant maintient les alvéoles ouvertes en empêchant leur affaissement à l'expiration.
Des macrophages présents dans les alvéoles assurent leur protection et leur désinfection en ingérant et digérant les particules inhalées et qui ont échappé au tapis trachéo-bronchique (ensemble des cils et du mucus de la paroi de la trachée et des bronches : voir 3.).
Les capillaires sanguins sont les plus petits vaisseaux du corps, leur paroi est constituée d'une seule couche de cellules endothéliales.
On appelle barrière alvéolo-capillaire la structure responsable des échanges de gaz respiratoires et donc de la respiration. Elle est constituée, de l'intérieur vers l'extérieur : d'un film de surfactant, d'un pneumocyte I dont la membrane a fusionné avec la paroi du capillaire et du capillaire. Elle est donc suffisamment mince pour permettre une diffusion maximale des gaz respiratoires.
De manière plus générale, le nombre très important d'alvéoles pulmonaires donne aux poumons une surface d'échange optimale.
Exercice n°9Exercice n°10
À retenir
• L'appareil respiratoire permet les échanges d'O2 et de CO2 entre l'organisme et le milieu extérieur, qu'on regroupe sous le nom de respiration.
• L'appareil circulatoire assure le transport des gaz respiratoires entre les poumons et les cellules.
• La structure et l'ultrastructure de l'appareil respiratoire permettent d'obtenir un volume d'échange des gaz respiratoires optimal :
  • le mucus et les cils de la muqueuse trachéo-bronchique purifient les voies respiratoires ;
  • les nombreuses alvéoles pulmonaires procurent aux poumons une très grande surface de contact entre l'air et le sang ;
  • la paroi alvéolaire, très mince et étroitement reliée à un capillaire, permet une diffusion optimale des gaz ;
  • le surfactant empêche les alvéoles de s'affaisser à l'expiration, qui restent donc toujours prêtes à accueillir l'air de l'inspiration suivante.
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