respiration (Biologie et Anatomie).

respiration (Biologie et Anatomie). 1 PRÉSENTATION respiration, mécanisme physique par lequel les organismes vivants prélèvent et utilisent l'oxygène du milieu ambiant et rejettent du dioxyde de carbone. Le terme de respiration se réfère également à la libération d'énergie, à l'intérieur de la cellule, à partir de molécules telles que les glucides et les lipides. Ce processus, appelé respiration cellulaire pour le différencier du mécanisme physique de la respiration, produit du dioxyde de carbone et de l'eau. La respiration cellulaire est identique chez la plupart des organismes, qu'il s'agisse d'organismes unicellulaires tels que l'amibe et la paramécie, ou d'animaux évolués (voir métabolisme). Pour la respiration chez les végétaux, voir photosynthèse. 2 MÉCANISME RESPIRATOIRE Les organismes unicellulaires, tels que les protistes et les bactéries, n'ont pas de mécanisme respiratoire spécifique : ils dépendent de la diffusion d'oxygène et de dioxyde de carbone à travers leur membrane cellulaire. La concentration en oxygène dans l'organisme est inférieure à celle de l'air ou de l'eau environnants, et la concentration de dioxyde de carbone est supérieure. L'oxygène diffuse donc dans l'organisme et le dioxyde de carbone est rejeté. La respiration chez les végétaux et les éponges est régie selon le même processus. Chez les animaux aquatiques inférieurs, plus complexes que les éponges, le liquide interne ayant la même composition que celle de l'eau de mer transporte les gaz respiratoires depuis les tissus périphériques vers l'intérieur de l'organisme. Chez les animaux supérieurs, des organes spécialisés augmentent la surface de contact avec l'extérieur, et le système circulatoire véhicule le liquide dans toutes les régions de l'organisme. De plus, le liquide contenu dans le système circulatoire, le sang, contient des pigments respiratoires -- molécules organiques complexes dans lesquelles le fer est combiné à une protéine. Le pigment respiratoire le plus courant est l'hémoglobine ; présente dans le sang de la plupart des mammifères, elle est constituée d'une molécule de fer combinée à une globuline. Chez certains insectes, le pigment sanguin, l'hémocyanine, contient du cuivre. La propriété des pigments respiratoires la plus importante est leur affinité avec l'oxygène. Le pigment forme avec l'oxygène une combinaison chimique instable lorsqu'il est exposé à une atmosphère où l'oxygène est présent en quantité importante comme c'est le cas dans les capillaires des organes respiratoires tels que les branchies ou les poumons. Le composé oxygéné est plus acide que le pigment, il absorbe donc les ions sodium du carbonate-bicarbonate de sodium en solution dans le plasma sanguin et les force à libérer du dioxyde de carbone. Lorsque le sang irrigue les tissus, l'équilibre en oxygène est inversé : le pigment sanguin libère de l'oxygène et, en devenant plus basique, il libère également des ions sodium, qui se combinent au dioxyde de carbone des tissus pour former du bicarbonate de sodium. La respiration externe correspond aux échanges gazeux dans le sang. La respiration interne correspond aux échanges gazeux se produisant dans l'organisme entre le sang et les tissus. Voir circulatoire, appareil. 3 LA RESPIRATION DES ANIMAUX INFÉRIEURS Les animaux aquatiques respirent par les branchies, maintenues dans un courant d'eau constamment renouvelé. Les branchies ont une structure arborescente très fine. Dans chacune d'elles, les vaisseaux sanguins sont très finement subdivisés en capillaires et ainsi, le sang est séparé de l'eau par deux couches de cellules, l'une étant la paroi du capillaire, l'autre étant l'épithélium de la branchie. Les gaz diffusent facilement à travers l'épithélium, et la surface très étendue du système de ramifications permet l'oxygénation d'une grande quantité de sang en un temps limité. Chez les espèces aérobies, telles que le ver de terre, la respiration s'effectue à travers les capillaires de la peau ; les amphibiens, comme la grenouille, respirent à travers la peau mais également à l'aide de poumons. Les insectes respirent à l'aide de tubes ou trachées qui, communiquant avec le milieu extérieur, vont se ramifier dans les tissus en transportant l'air oxygéné. Les reptiles et les mammifères respirent avec des poumons ; toutefois, les oiseaux possèdent des sacs alvéolaires auxiliaires ainsi que des cavités remplies d'air dans le tissu osseux, ce qui complète la respiration pulmonaire. Les systèmes respiratoire et circulatoire des animaux aérobies sont susceptibles de s'adapter à un environnement pauvre en oxygène. Par exemple, les habitants des Andes vivant à une altitude de 3 000 m ou plus ont des poumons plus larges, un système de capillaires plus développé et un pouls plus rapide que ceux des individus vivant à plus basse altitude. Cependant, leur sang contient 30 p. 100 de globules rouges en plus. Ils peuvent ainsi pallier efficacement l'oxygène manquant. Les mammifères aquatiques ont généralement des systèmes veineux importants et complexes, servant au stockage du sang. Le volume sanguin des baleines et des phoques représente un volume supplémentaire de 50 p. 100 par kilogramme de poids corporel par rapport au volume sanguin de l'homme. Cela leur permet de fournir aux tissus le sang oxygéné nécessaire pendant une longue période sans respirer. Les baleines peuvent rester immergées entre 15 min et plus d'une heure, selon l'espèce. L'éléphant de mer peut rester sous l'eau pendant 30 min. En plongée, le pouls du phoque passe de 150 à 10 battements par minute ; le pourcentage d'oxygène contenu dans le sang artériel est de 20 p. 100. Lorsque la concentration d'oxygène baisse aux alentours de 2 p. 100, le phoque doit remonter à la surface. 4 LA RESPIRATION CHEZ L'HOMME Chez l'homme, comme chez les autres vertébrés, les poumons sont situés à l'intérieur du thorax, enfermés par les côtes et le diaphragme. Sous l'effet des muscles intercostaux, les côtes bougent et le volume du thorax augmente ou diminue. Lorsque le thorax augmente de volume, les poumons se dilatent et se remplissent d'air par les voies respiratoires supérieures, c'est l'inspiration. La relaxation des muscles intercostaux permet à l'ensemble des muscles antagonistes de redonner à la cage thoracique sa position initiale, ce qui expulse l'air des poumons, c'est l'expiration. Jusqu'à 500 cm3 d'air sont en moyenne inspirés et expirés à chaque mouvement respiratoire, c'est ce que l'on appelle le volume courant. Environ 3 300 cm3 d'air supplémentaire, appelés volume de réserve inspiratoire, peuvent être mobilisés lors d'une inspiration forcée, puis expirés ; 1 000 cm3 supplémentaires, le volume de réserve expiratoire, peuvent être rejetés lors d'une expiration forcée. La somme de ces trois volumes représente la capacité vitale. Environ 1 200 cm3 d'air restent continuellement dans les poumons et ne peuvent être expirés, c'est l'air résiduel ou alvéolaire. Les poumons humains ont une forme à peu près pyramidale, s'adaptant à la forme du thorax. Ils ne sont pas rigoureusement symétriques : le poumon droit est constitué de trois lobes ; le poumon gauche est constitué de deux lobes et abrite le coeur. Sur la face médiane de chacun des poumons, se trouve le hile reliant le poumon au médiastin. Le hile comprend des feuillets pleuraux, des bronches, des veines et des artères pulmonaires. En pénétrant dans le tissu pulmonaire, la bronche se divise en arborescence jusqu'au lobule, l'unité structurelle et fonctionnelle du poumon. Les veines et les artères pulmonaires se divisent en suivant la bronche, les artérioles et les veinules étant reliées grâce à un réseau dense de capillaires situés dans la paroi des alvéoles. Les nerfs du plexus pulmonaire et les vaisseaux lymphatiques sont disposés suivant le même schéma. Les dernières ramifications aboutissent à des petites masses, les lobules pulmonaires, dans lesquelles les bronchioles communiquent avec les alvéoles ; l'alvéole est la partie fonctionnelle du poumon. Le principal centre nerveux contrôlant la fréquence et l'amplitude de la respiration se trouve dans le centre respiratoire de la protubérance annulaire et du bulbe rachidien dans le tronc cérébral (voir cerveau). Les cellules de ce noyau sont sensibles à l'acidité du sang qui reflète les concentrations plus ou moins élevées de dioxyde de carbone dans le plasma sanguin. Lorsque l'acidité du sang est élevée, généralement à cause d'un excès de dioxyde de carbone, le centre respiratoire stimule les muscles respiratoires, pour augmenter leur activité. Lorsque la concentration en dioxyde de carbone est basse, le rythme respiratoire ralentit. Une mauvaise circulation du sang peut entraîner une asphyxie des tissus de l'organisme -- même si la respiration pulmonaire est parfaitement normale -- lorsque le volume circulant est insuffisant, ou lorsque le sang n'est plus capable de transporter l'oxygène. Pour les autres troubles du système respiratoire, voir les articles concernant des maladies particulières, comme l'asthme bronchique, la bronchite, le rhume, la diphtérie, la grippe, la pleurésie, la pneumonie, la tuberculose. Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. Tous droits réservés.