Anatomie et histologie de l'appareil respiratoire

L'appareil respiratoire est un ensemble d'organes et de tissus qui participent à la respiration, c'est-à-dire aux échanges d'O2 et de CO2 entre les cellules et le milieu extérieur. La majeure partie de l'appareil respiratoire est logée dans la cage thoracique. Les poumons sont reliés d'une part au milieu extérieur par un ensemble de conduits qui assurent le passage de l'air, et d'autre part aux cellules par le biais du système circulatoire. Chaque organe, chaque tissu de l'appareil respiratoire présente une structure particulièrement bien adaptée à sa fonction.
1. Quelle est la composition de l'appareil respiratoire ?
Anatomie et histologie de l'appareil respiratoire - illustration 1
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) et la bouche ;
  • 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, qui débouchent sur les sacs alvéolaires.
• 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. Il n'est pas considéré comme une composante de l'appareil respiratoire.
Exercice n°1Exercice n°2
2. Quels sont les liens entre les appareils respiratoire et cardiovasculaire ?
Anatomie et histologie de l'appareil respiratoire - illustration 2
• La circulation systémique (appelée aussi circulation générale ou grande circulation) permet d'approvisionner les cellules en O2 et de récupérer le CO2 qu'elles produisent. C'est l'artère aorte, qui se divise en artères plus petites, qui récupère le sang hématosé (= enrichi en O2) et l'envoie vers les tissus. Quand les cellules ont été approvisionnées en O2 par le réseau capillaire, le sang est dit non hématosé, il sort des tissus par des veinules puis des veines qui se rassemblent en deux veines caves (inférieure et supérieure) chargées de ramener le sang au cœur.
• La circulation pulmonaire ou petite circulation permet d'enrichir en O2 et de débarrasser du CO2 en excès le sang qui provient des tissus afin qu'il soit à nouveau hématosé. L'artère pulmonaire éjecte 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 et de CO2. Les veines pulmonaires ramènent 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 cilié (2) et de cellules caliciformes productrices de mucus (1) ; 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 (3), et qui présente des muscles lisses (4) 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) (5) qui assurent la rigidité de la trachée et des bronches ;
  • une adventice, composée de tissu conjonctif (6).
Anatomie et histologie de l'appareil respiratoire - illustration 4
• 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.
Barrière alvéolo-capillaire
Barrière alvéolo-capillaire
Exercice n°9Exercice n°10
À retenir
• L'appareil respiratoire, situé à l'intérieur de la cage thoracique et au-dessus, 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.
Quel trajet doit parcourir une molécule d'O2 qui pénètre par le nez ?
Cochez la bonne réponse.
le larynx, le pharynx, la trachée, l'arbre bronchique
le pharynx, le larynx, l'arbre bronchique, la trachée
le pharynx, le larynx, la trachée, l'arbre bronchique
La molécule d'O2 doit tout d'abord passer par la cavité buccale qui se termine par le pharynx, carrefour des voies respiratoire et digestive. L'entrée dans les voies respiratoires se fait par le larynx, qui débouche dans la trachée. Celle-ci se sépare en deux bronches.
Quel est le rôle du surfactant dans la respiration ?
Cochez la bonne réponse.
Il dilate les alvéoles.
Il empêche l'affaissement des alvéoles à l'expiration.
Il piège les particules qui vont être ensuite phagocytées par le macrophage.
Le surfactant est une substance tensioactive, qui empêche l'adhésion entre les cellules de la paroi alvéolaire, et donc l'affaissement des alvéoles pendant l'expiration.
Quelle est la localisation de l'appareil respiratoire ?
Cochez la bonne réponse.
L'appareil respiratoire se situe en partie dans la cage thoracique, en partie dans l'abdomen.
L'appareil respiratoire se situe dans la cage thoracique et au-dessus.
L'appareil respiratoire se situe entièrement dans la cavité abdominale.
Les voies respiratoires se trouvent en partie supérieure de la cage thoracique et se connectent au reste de l'appareil respiratoire, logé dans la cage thoracique, qu'il partage avec le cœur et la circulation pulmonaire.
Quelle est la caractéristique du sang qui entre dans les poumons par l'artère pulmonaire ?
Cochez la bonne réponse.
Il est hématosé.
Il est non hématosé.
Il est enrichi en O2.
Le sang qui entre dans les poumons est issu du réseau veineux général, il a déjà distribué un grand nombre de molécules d'O2 aux tissus. Il est donc non hématosé.
À quel niveau de l'appareil cardiovasculaire le sang est-il en contact étroit avec l'appareil respiratoire ?
Cochez la bonne réponse.
au niveau de la circulation pulmonaire
au niveau de la circulation systémique
au niveau de la circulation générale
La circulation pulmonaire permet au sang non hématosé de s'enrichir en O2 au niveau des poumons, les capillaires pulmonaires sont en effet en contact étroit avec les alvéoles pulmonaires.
Quelle est la partie de l'arbre trachéo-bronchique dépourvue de cartilage ?
Cochez la bonne réponse.
la trachée
les bronches
les bronchioles
Une bronchiole est dépourvue de cartilage, sa structure est proche de celle des tissus de la zone respiratoire ; située profondément à l'intérieur des poumons, elle ne nécessite pas la protection cartilagineuse qui assure la rigidité de la trachée et des bronches.
Quel est le rôle des cellules ciliées de la muqueuse trachéo-bronchique ?
Cochez la bonne réponse.
brasser l'air entrant pour le réchauffer
brasser l'air entrant pour le rafraîchir
évacuer le mucus vers les voies digestives
Les cellules ciliées permettent de faire remonter le mucus vers le pharynx pour qu'il soit dégluti et dissout par les sucs digestifs, elles agissent à la manière d'un tapis roulant.
Quel est le rôle du mucus produit par la muqueuse trachéo-bronchique ?
Cochez la bonne réponse.
maintenir en place les cellules ciliées
empêcher l'air entrant de remonter
empêcher les particules de l'air entrant de pénétrer dans la zone respiratoire
Le mucus est une substance visqueuse et antibactérienne, qui retient tout type de particules pour purifier l'air entrant.
Pourquoi les bronches présentent-elles dans leur paroi des muscles lisses ?
Cochez la bonne réponse.
pour contrôler leur diamètre
pour pousser l'air entrant vers la zone respiratoire
pour pousser l'air sortant de la zone respiratoire
Les bronches peuvent contrôler leur diamètre, et ainsi le volume d'air entrant ou sortant de l'appareil respiratoire.
Parmi les éléments cités, lequel ne fait pas partie de la barrière alvéolo-capillaire ?
Cochez la bonne réponse.
le pneumocyte I
le surfactant
le macrophage
Le macrophage se trouve à l'intérieur de l'alvéole et joue un rôle immunitaire, il ne fait donc pas partie de la barrière alvéolo-capillaire, dont le rôle principal est d'assurer la diffusion des gaz respiratoires.