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En étudiant la fonction circulatoire, on a pu démontrer que le milieu intérieur était l'intermédiaire indispensable entre le milieu extérieur et les différents tissus de l'organisme. Le sang se charge en O2 au niveau des poumons, le transporte à toutes les cellules du corps. Il se charge ensuite de CO2 qu'il rejette au niveau pulmonaire.

Cette étape circulatoire amène à l'étude de la fonction respiratoire :

L'organisme présente 2 types de respiration :

  1. - La Respiration Pulmonaire qui intéresse les échanges gazeux entre le sang et le milieu extérieur, et ce au niveau des poumons.
  2. - La Respiration Tissulaire qui intéresse les échanges gazeux entre le sang et les cellules, au niveau des tissus.

LA RESPIRATION PULMONAIRE

Le sang arrive aux poumons par la petite circulation, et s'y régénère au contact de l'air frais : Cette régénération s'appelle l'hématose. Ce sont les hématies qui fixent l'O2 afin de pouvoir le transporter jusqu'aux cellules de l'organisme.

C'est un organe spécialisé, l'appareil respiratoire, qui assure les échanges gazeux au niveau pulmonaire.

L'appareil respiratoire

1) La cage thoracique :

Elle est constituée en arrière par la colonne vertébrale, en avant par le sternum et latéralement par les cotes.

Sous l'effet des forces musculaires, le déplacement du sternum et des côtes, provoque une augmentation ou une diminution du volume intra-thoracique.

2) Le diaphragme :

C'est le muscle de la respiration.

Lorsque le diaphragme se contracte, il s'abaisse en augmentant le diamètre vertical du thorax et la pression intra-abdominale.

3) Les voies respiratoires :

La bouche et le pharynx : le pharynx a la forme d'un entonnoir irrégulier, évasé en haut, que l'on peut diviser en 3 parties :

- la portion buccale qui porte les amygdales
- la portion pharyngienne
- la portion laryngienne

Entre les 2 dernières portions se trouve l'épiglotte: clapet qui ferme la glotte pendant la déglutition. On définit le pharynx comme "carrefour des voies respiratoires et digestives".

Les fosses nasales : constituées par une charpente osseuse et cartilagineuse, revêtue d'une muqueuse possédant des cils vibratiles destinés à arrêter les poussières et des glandes à mucus.

Au nombre de 2, les fosses nasales, séparées par la cloison nasale, débouchent en avant par deux orifices : les Narines et en arrière par 2 orifices : les Choanes dans le pharynx.

* le larynx : Situé en avant du pharynx, au dessus de la trachée, il forme une saillie à sa partie antérieure : la Pomme d'Adam. Il contient les cordes vocales et est l'organe essentiel de la phonation

* la trachée : Elle fait suite au larynx. Elle a la forme d'un tube semi-cylindrique, constitué de cartilage empilés les uns sur les autres. Les cils vibratiles permettent de retenir les poussières de l'air inspiré et de les repousser vers le larynx. Elle se termine en se divisant en deux branches : les bronches

* les bronches : Elles sont appelés Bronches souches ou Bronches extra pulmonaires.

Accompagnés d'une artère, de deux veines, de vaisseaux lymphatiques et de nerfs, elles constituent un ensemble appelé Pédicule pulmonaire qui pénètre dans les poumons par le Hile.

Les deux bronches deviennent ensuite intra pulmonaires, et se ramifient en bronchioles de plus en plus fines, pour aboutir aux alvéoles pulmonaires.

4) Les poumons

* localisation et constitution :

Au nombre de 2, ils occupent avec le coeur la presque totalité de la cage thoracique.

Possédant une grande élasticité, leur consistance est spongieuse et molle.

Reposant sur le diaphragme par leur base, ils sont divisés en deux lobes pour le poumon gauche et de trois lobes pour le poumon droit.

* les lobules pulmonaires :

Les lobules pulmonaires renferment un réseau très dense de capillaires sanguins provenant des artérioles pulmonaires d'où repartent des veinules pulmonaires.

Chaque lobule constitue l'unité morphologique du poumon et reçoit une bronche intra-lobulaire, d'où partent des bronchioles terminales, pour donner naissance aux alvéoles pulmonaires en contact étroit avec les capillaires sanguins.

* les alvéoles pulmonaires :

Elles sont le siège des échanges respiratoires. On compte plus de 400 millions d'alvéoles au total chez l'adulte, soit une surface de 200 m² pour une respiration normale.

Le sang venant du coeur (ventricule droit) par les artères pulmonaires s'étale dans les capillaires. Au niveau de l'alvéole, il se débarrasse du CO2 et se charge de l'O2 avant de revenir au coeur (oreillette gauche) par les veines pulmonaires (phénomène d'Hématose).

* la plèvre :

Les poumons sont recouverts d'une membrane : la Plèvre, comprenant un feuillet viscéral en contact avec la surface extérieure du poumon et accolé à un feuillet pariétal qui tapisse la face interne de la paroi thoracique.

Entre les deux feuillets, existe un vide virtuel, clos, contenant un liquide : le liquide pleural permettant leur glissement lors des mouvements respiratoires.


Phénomènes mécanique de la respiration

Le thorax est constamment animé de mouvement d'amplification et de retrait.

1) L'inspiration :

C'est un mouvement actif volontaire.

Elle entraîne l'entrée d'air dans les poumons et résulte de l'augmentation de volume de la cage thoracique.

En effet, l'augmentation de volume de la cage thoracique entraîne une dépression à l'intérieur des alvéoles pulmonaires. L'air se déplaçant toujours de la plus forte pression vers la plus faible, pénètre alors dans les alvéoles et les déplisse, c'est le phénomène d'inspiration.

2) L'expiration :

C'est un mouvement passif involontaire.

Lorsque les forces inspiratrices cessent, l'élasticité thoracique fait revenir le sternum, les côtes et le diaphragme à leur position de repos. L'air inspiré est alors rejeté à l'extérieur.

3) Mesures

On parle de rythme respiratoire ou de fréquence respiratoire, qui est de 12 à 16 mouvements par minute chez l'homme . Diminuant avec l'âge, ce rythme est élevé chez l'enfant (26/mn pour un enfant de 5 ans et 44/mn pour un nouveau-né) et varie au repos avec la position du corps.

* Les volumes respiratoires :

Ce sont les différents volumes d'air déplacé par les divers actes de la mécanique respiratoire.

- Le volume courant (VC) :

Quantité d'air inspiré ou expirée au cours d'une respiration normale
Valeur moyenne : 0.5 litre

- Le volume de réserve expiratoire (VRE) ou air de réserve

Quantité d'air rejeté après une expiration normale, si on effectue une expiration forcée.
Valeur moyenne : 1.5 litres

- Le volume de réserve inspiratoire (VRI) ou air complémentaire

Quantité d'air qu'on peut inspirer, après une inspiration normale, si on effectue une inspiration forcée.
Valeur moyenne : 2 litres.

- Le volume résiduel (VR) ou air résiduel

Quantité d'air qui reste dans les poumons après une expiration forcée, et qui ne peut être expulsée.
Valeur moyenne : 1.5 litres.

- La capacité pulmonaire totale (CPT)

Somme des 4 volumes précédent VPT = VC + VRE + VRI + VR = 5 à 6 litres environ

- La capacité vitale (CV) : CV = VC + VRE + VRI = 3.5 litres environ

Elle varie avec l'activité du sujet : un sportif entraîné peut atteindre 5 à 6 litres.

- La capacité résiduelle fonctionnelle

C'est la quantité d'air vicié qui reste dans les poumons à la fin d'une expiration normale.

* Notion de débit ventilatoire :

C'est le volume d'air déplacé dans l'unité de temps. Au repos, chez un sujet sédentaire, il est de l'ordre de 6 l/mn.

Il peut atteindre et dépasser chez le sportif entraîné : 150 l/mn car il varie proportionnellement à l'intensité du travail musculaire.

LES ECHANGES GAZEUX

C'est dans les alvéoles pulmonaires qu'on lieu les échanges respiratoires. ces échanges se font par diffusion : processus physique qui veut que les molécules passent d'un compartiment où elles sont hautement concentrées vers un compartiment de plus basse concentration.

Étape pulmonaire :

L'échange gazeux par différence de Pp se fait en 1/2 seconde et la circulation dans les capillaires alvéolaires se fait en moins d'1 seconde, donc le temps de contact est suffisant pour que l'échange se fasse correctement. Les alvéoles ont pour principales fonctions d'enrichir le sang d'O2 et d'éliminer du sang le CO2.

Étape sanguine :

- La plus grande partie de l'O2 est transportée par l'Hémoglobine d'une façon réversible et donne :

Hb + O2 <=> HbO2.

Une faible partie est transportée à l'état dissous.

- Le CO2 est transporté en grande partie à l'état de composition chimique dans le plasma et par l'Hémoglobine et donne :

Hb + CO2 <=> Hb CO2,

de façon réversible alors qu'une faible partie est transportée à l'état dissous

Effet BOHR : l'augmentation de la PpCO2 diminue l'affinité de l'hémoglobine pour l'O2.
Effet HALDANE : Pour une même Pp de CO2, le sang contient d'autant moins de CO2 que la Pp O2 est plus élevée.

- L'azote est transportée à l'état dissous dans le sang

Étape tissulaire : Le sang libère dans les tissus l'O2 qui va servir à la combustion des éléments énergétiques. Le métabolisme va produire d'une part de l'énergie, d'autre part des déchets : CO2 et urée.

LE SYSTEME NERVEUX RESPIRATOIRE

La ventilation est automatique, réflexe ou volontaire. Elle met en jeu de nombreux mécanismes et subit des excitations d'origine non ventilatoire

a) Le circuit d'exécution :

Le Centre nerveux : Centre des réflexe respiratoires, il est situé au niveau du Bulbe Rachidien.

b) Le circuit de commande :

Il est supra bulbaire. Il recueille, décode et interprète des messages provenant de tout l'organisme. Ces messages proviennent soit :

Par voie nerveuse :

Ce sont des stimuli nerveux provenant de récepteurs cutanés de la peau ( l'action du froid, les frissons sur la peau) et qui modifient le rythme et l'ampleur de la respiration

Par voie circulatoire :

Utilisant des stimuli humoraux :

Chimique : Tels que le
CO2,
le Ph sanguin,
la tension partielle de l'O2
et les hormones comme l'adrénaline.

La teneur en CO2 du sang agit sur le rythme respiratoire. Un excès provoque une Hyperventilation (essoufflement), qui cesse dès que la teneur en CO2 diminue.

De même, lors d'une émotion violente, il se produit une décharge d'adrénaline dans le sang, ce qui provoque une Hyperpnée (accélération du rythme respiratoire) et une tachycardie (accélération du rythme cardiaque).

Physique :

Tels que la pression sanguine et la température centrale du corps.

ADAPTATION VENTILATOIRE EN PLONGEE

En plongée, l'air qui ventile les poumons est sous pression. Le plongeur respire donc de l'air comprimé. De ce fait, le travail respiratoire va augmenter et la ventilation va se modifier en utilisant les volumes pulmonaires. Au-delà d'une certaine limite, les échanges gazeux normaux ne sont plus assurés.

Par la suite de l'augmentation de l'effort respiratoire, il va y avoir une augmentation nette du volume courant au dépens du volume de réserve inspiratoire qui se trouve ainsi diminué. Le volume de réserve expiratoire est lui augmenté.

Ainsi, le plongeur adopte un type de respiration qui lui est propre :

- il respire plus lentement,
- il mobilise un volume courant plus important,
- il y a une pause après l'inspiration

Ces modifications vont retentir sur l'hématose (pénétration de l'O2 dans le sang et rejet par celui-ci du CO2) et le sang va être légèrement plus riche en CO2.

La plongée, du fait de l'hyperbarie, va créer un tableau de distension pulmonaire avec :

- une diminution de la ventilation,
- une augmentation de l'effort ventilatoire,
- une rétention de CO2,
- une diminution de la sensibilité au CO2

Ce qui a pour conséquences :

- de rendre le travail subaquatique plus difficile,
- d'augmenter la sensibilité du plongeur à l'essoufflement.

Pour ces raisons, le plongeur apprend à contrôler sa respiration pour mieux ventiler de façon à assurer une oxygénation en rapport avec l'effort.