Respirer, c'est d'abord renouveler l'air alvéolaire pour permettre les échanges gazeux. Ce chapitre décrit l'organisation de l'appareil respiratoire, la relation entre plèvre, pressions et mouvements du thorax, puis les volumes et débits mesurés en spirométrie. La distinction entre espace mort et zone respiratoire, et l'explication de la pression intrapleurale négative, sont deux incontournables des examens de S5.
1. Organisation des voies aériennes
L'air pénètre par le nez ou la bouche, où il est filtré, réchauffé et humidifié, traverse le pharynx — carrefour commun à l'air et aux aliments — puis le larynx, qui porte les cordes vocales et joue un rôle de sphincter protecteur. La trachée se divise en deux bronches principales, puis l'arbre bronchique se ramifie sur une vingtaine de générations en bronches, bronchioles et bronchioles terminales. Les parois de la trachée et des bronches contiennent du cartilage qui les maintient ouvertes ; les bronchioles en sont dépourvues et possèdent en revanche une proportion importante de muscle lisse, ce qui rend leur calibre variable.
L'épithélium respiratoire est cilié et associé à des cellules à mucus : l'escalator mucociliaire remonte en permanence vers le pharynx le mucus chargé de poussières et de bactéries, qui est ensuite expectoré ou dégluti. Des macrophages alvéolaires complètent cette défense. La fumée de cigarette immobilise puis détruit les cils, ce qui explique l'encombrement bronchique et la sensibilité aux infections chez le fumeur. Le poumon droit compte trois lobes, le gauche seulement deux.
2. Zone conductrice, zone respiratoire et alvéoles
Les voies aériennes se répartissent en deux zones fonctionnelles. La zone conductrice, de la trachée aux bronchioles terminales, n'assure aucun échange gazeux : c'est l'espace mort anatomique, d'un volume voisin de 150 mL. La zone respiratoire — bronchioles respiratoires, conduits alvéolaires et alvéoles — est le siège des échanges. On compte environ 300 millions d'alvéoles par poumon adulte, chacune enveloppée d'un réseau de capillaires pulmonaires ; la surface totale d'échange atteint 75 à 100 m², soit plusieurs dizaines de fois la surface corporelle.
La barrière alvéolo-capillaire est formée par le pneumocyte de type I, les lames basales fusionnées et l'endothélium capillaire ; son épaisseur est de l'ordre de 0,2 µm, à comparer au diamètre d'un globule rouge d'environ 7 µm. Cette minceur, jointe à l'immensité de la surface, permet une diffusion très rapide de l'O2 et du CO2. Les pneumocytes de type II, plus épais et moins nombreux, sécrètent le surfactant ; des pores de Kohn font communiquer les alvéoles voisines.
3. Plèvre et pressions respiratoires
Chaque poumon est enveloppé d'une cavité pleurale close, limitée par la plèvre viscérale adhérente au poumon et la plèvre pariétale tapissant la paroi thoracique et le diaphragme. Entre les deux, quelques millilitres de liquide intrapleural lubrifient le glissement et, parce qu'ils sont incompressibles, rendent le poumon solidaire de la cage thoracique. Toutes les pressions respiratoires s'expriment par rapport à la pression atmosphérique, prise pour référence.
La pression intrapleurale est en permanence inférieure à la pression atmosphérique, d'environ 4 mmHg au repos. Elle résulte de deux forces opposées : la rétraction élastique du poumon, qui tend à l'affaisser, et la tendance de la cage thoracique à s'écarter vers l'extérieur. La différence entre pression alvéolaire et pression intrapleurale constitue la pression transpulmonaire, force qui maintient le poumon distendu en fin d'expiration. Si l'air pénètre dans la cavité pleurale (pneumothorax), la pression intrapleurale rejoint la pression atmosphérique, la pression transpulmonaire s'annule et le poumon s'affaisse. Une inflammation de la plèvre (pleurésie) rend la respiration douloureuse par frottement.
4. Inspiration, expiration et compliance
La ventilation obéit à la loi de Boyle-Mariotte : à température constante, le produit pression × volume est constant, donc augmenter le volume d'une enceinte y abaisse la pression. L'inspiration est toujours active : la contraction du diaphragme, qui s'abaisse, et celle des muscles intercostaux externes, qui élèvent les côtes, augmentent le volume thoracique ; la pression intrapleurale devient plus négative, le poumon se distend, la pression alvéolaire passe sous la pression atmosphérique et l'air entre.
L'expiration de repos est passive : le relâchement des muscles inspiratoires et la rétraction élastique du poumon réduisent le volume thoracique, la pression alvéolaire dépasse la pression atmosphérique et l'air sort. À l'effort, l'expiration devient active grâce aux muscles abdominaux et aux intercostaux internes, tandis que des muscles inspiratoires accessoires (scalènes, sterno-cléido-mastoïdiens) sont recrutés. Le débit ventilatoire obéit à la même logique que le débit sanguin : débit = ΔP / résistance, la résistance dépendant surtout du calibre bronchique — d'où l'importance de la bronchoconstriction dans l'asthme.
Deux propriétés mécaniques gouvernent l'effort à fournir. La compliance mesure la facilité de distension du poumon (variation de volume pour une variation de pression) : elle diminue dans les fibroses. La tension superficielle du film liquidien alvéolaire tend au contraire à collaber les alvéoles ; le surfactant, mélange phospholipidique sécrété par les pneumocytes II, l'abaisse, augmente la compliance et empêche le collapsus des petites alvéoles. Son défaut chez le prématuré provoque la maladie des membranes hyalines.
5. Volumes, capacités et ventilation alvéolaire
La spirométrie mesure quatre volumes : le volume courant (VC), d'environ 500 mL au repos, le volume de réserve inspiratoire, le volume de réserve expiratoire et le volume résiduel, qui ne peut pas être expulsé et n'est donc pas mesurable au spiromètre. Leurs sommes donnent les capacités : capacité vitale (les trois premiers), capacité résiduelle fonctionnelle et capacité pulmonaire totale.
La ventilation pulmonaire totale est le produit du volume courant par la fréquence respiratoire. Mais la seule fraction réellement utile est la ventilation alvéolaire : VA = (VC − espace mort) × FR. Une respiration rapide et superficielle ventile donc beaucoup moins bien qu'une respiration lente et ample à ventilation totale égale : c'est l'argument que les correcteurs attendent. Les explorations fonctionnelles distinguent les syndromes obstructifs (résistance des voies aériennes augmentée, rapport de Tiffeneau abaissé, asthme et BPCO) et les syndromes restrictifs (capacité pulmonaire totale diminuée, fibroses, déformations thoraciques).
Volume des voies aériennes de conduction, d'environ 150 mL, qui contient de l'air ventilé mais ne participe pas aux échanges gazeux.
Substance tensioactive phospholipidique sécrétée par les pneumocytes de type II, qui abaisse la tension superficielle alvéolaire, augmente la compliance et prévient le collapsus des alvéoles.
| Inspiration de repos | Expiration de repos | |
|---|---|---|
| Nature | Active (contraction musculaire) | Passive (rétraction élastique) |
| Muscles | Diaphragme, intercostaux externes | Aucun (abdominaux si forcée) |
| Volume thoracique | Augmente | Diminue |
| Pression alvéolaire | Inférieure à la pression atmosphérique | Supérieure à la pression atmosphérique |
| Sens de l'air | Atmosphère → alvéoles | Alvéoles → atmosphère |
Inspiration et expiration comparées
- Zone conductrice = espace mort anatomique ≈ 150 mL ; zone respiratoire = siège des échanges.
- Environ 300 millions d'alvéoles, surface d'échange 75 à 100 m², barrière alvéolo-capillaire ≈ 0,2 µm (globule rouge ≈ 7 µm).
- Pression intrapleurale toujours négative (≈ −4 mmHg au repos) ; son annulation = pneumothorax et affaissement du poumon.
- Inspiration toujours active (diaphragme + intercostaux externes) ; expiration de repos passive.
- Surfactant (pneumocytes II) : abaisse la tension superficielle, augmente la compliance, évite le collapsus alvéolaire.
- Ventilation alvéolaire = (volume courant − espace mort) × fréquence respiratoire.
Deux questions reviennent presque à chaque session : expliquer pourquoi la pression intrapleurale est négative et ce qui se passe dans un pneumothorax, et calculer une ventilation alvéolaire à partir du volume courant, de l'espace mort et de la fréquence. Retiens que le volume résiduel n'est pas mesurable au spiromètre — c'est un piège de QCM fréquent — et ne confonds jamais compliance (facilité de distension) et élastance (tendance au retour).