Respiration (régulation de la)

La respiration est le mouvement de l'appareil pulmonaire dans son ensemble (diaphragme compris) qui permet de faire entrer et sortir des gaz (oxygène et gaz carbonique) des poumons. La respiration repose sur l'activité des neurones situés dans la formation réticulaire, elle-même dans le bulbe rachidien et le pont qui sont des structures anatomiques nerveuses situées en avant du cervelet en dessous du cerveau et au-dessus de la moelle épinière.

Le bulbe rachidien est constitué d'amas de cellules nerveuses plus précisément de neurones qui jouent un rôle essentiel dans la respiration. Il s'agit du groupe respiratoire dorsal contenant des neurones situés à la portion dorsale (en arrière) et à la racine du nerf crânien numéro IX et le groupe respiratoire ventral. Le groupe respiratoire ventral est constitué d'un réseau de neurones situés sur la portion ventrale du tronc cérébral (en avant) et qui s'étend de la moelle épinière jusqu'à la jonction du bulbe rachidien et du pont. Le pont dont l'action n'est pas connu avec précision en ce qui concerne la régulation de la respiration, semble adoucir la transition de l'inspiration à l'expiration et vice versa.

Le groupe respiratoire dorsal
Les nerfs crâniens sont les nerfs rattachés à l'encéphale (partie du système nerveux contenu dans le crâne). Le groupe respiratoire dorsal (appelé également centre inspiratoire) apparaît comme la zone qui permet la régulation du rythme respiratoire. Les influx nerveux (ordre provenant du système nerveux) qui sont émis par ses neurones vont parcourir les nerfs phréniques (nerfs du diaphragme) et les nerfs intercostaux ( innervant les muscles situés entre les côtes du thoraxet plus particulièrement les muscles intercostaux externes).
Au moment de l'inspiration (quand l'air s'engouffre dans les poumons) le thorax se dilate (augmente de volume), les poumons également et la pression qui réside à l'intérieur des alvéoles pulmonaires (petit sac contenant l'air inspiré et permettant le passage de l'oxygène dans le sang) diminue. Puis le groupe respiratoire dorsal devient inactif. On assiste alors au relâchement des muscles permettant l'inspiration, ce qui a pour conséquence une diminution du volume de la cage thoracique.
Ensuite, la compression des poumons à la suite de la diminution du volume de la cage thoracique a pour conséquence une augmentation de la pression de l'intérieur des alvéoles et l'expulsion de l'air des poumons, c'est l'expiration. La phase d'inspiration (l'air s'engouffre dans les poumons) dure environ 2 secondes et la phase d'expiration environ 3 secondes. La fréquence respiratoire normale porte le nom d'eupnée (du grec : bien et pnein : respirer).
Dans certaines maladies comme le syndrome d'Ondine on assiste à une inhibition complète des neurones de l'inspiration situés dans le bulbe rachidien. Parfois il s'agit d'une absorption trop importante de somnifère, d'alcool, de morphine et d'autres toxiques qui finissent par abolir la respiration.

Le groupe respiratoire ventral contient un nombre plus équilibré de neurones respiratoires et expiratoires. On ne connaît pas avec certitude son action. Pour certains scientifiques le groupe respiratoire ventral interviendrait surtout pendant l'expiration forcée, quant un individu a besoin de respirer plus vigoureusement.

Les facteurs qui influencent la fréquence et l'amplitude des mouvements respiratoires sont nombreux. Ainsi les corps étrangers et tout particulièrement la poussière, les polluants etc. représentent des agents irritants susceptibles de déclencher des réflexes pulmonaires dans son ensemble (toux, accélération de la respiration, fabrication de mucus etc.). Le réflexe appelé réflexe de distension pulmonaire de Hering-Breuer correspond à des réactions destinées à protéger l'appareil pulmonaire. Ce réflexe est déclenché par la distension (augmentation de volume) des poumons à l'extrême. Il est également à l'origine de l'expiration. Parmi les facteurs qui influencent la fréquence et l'amplitude respiratoire il faut également citer la douleur, les émotions, le stress.
Ces composants de la vie psychique interviennent en agissant sur l'hypothalamus (plus précisément certains centres de cette zone situés au centre du cerveau). La volonté a également une action. L'élévation du taux de gaz carbonique dans le sang est l'un des principaux stimuli responsables d'une modification de la respiration. En effet, l'élévation de e la concentration en gaz carbonique modifie la fréquence et l'amplitude de la respiration (par l'intermédiaire de la libération d'atomes d'hydrogène ayant perdu un électron : ion hydrogène).

Le système nerveux central est pourvu de récepteurs sensibles à l'élévation de la quantité d'ions hydrogène présents dans le liquide céphalo-rachidien. Ceci provoque une augmentation d'origine réflexe de la fréquence de l'amplitude respiratoire. À son tour l'hypocapnie (diminution du taux de gaz carbonique dans le sang) est à entraîner une diminution du rythme respiratoire, une hypoventilation et quelquefois d'un arrêt respiratoire (apnée).
Bien entendu, la quantité d'oxygène dans le sang fait partie de la liste des facteurs qui influencent la fréquence et l'amplitude respiratoire. L'acidose (augmentation du taux d'acidité sanguin) et la diminution de la quantité d'oxygène dans le sang (plus précisément la pression partielle de l'oxygène) stimulent des récepteurs appelés chimiorécepteurs périphériques (sensibles aux variations chimiques du sang) à l'origine d'une accentuation de la réaction au gaz carbonique. Enfin, l'hypoxémie (diminution d'apport d'oxygène aux tissus de l'organisme) qui se traduit par une baisse de la pression partielle d'oxygène inférieur à 60 mm Hg dans le sang artériel, influence également la fréquence et l'amplitude respiratoire.

En altitude, la pression partielle de l'oxygène dans le sang et la saturation de l'hémoglobine (quantité d'oxygène captée par une variété de protéines destinée à transporter l'oxygène dans les globules rouges) diminuent. En effet la pression atmosphérique est inférieure à celle qui règne niveau de la mer. Dans ce cas on assiste à une hyperventilation (augmentation de la fréquence respiratoire) qui contribue à ramener les échanges gazeux aux valeurs normales.

Les exercices physiques ont tendance à accroître rapidement et brutalement surtout au début, la ventilation. On parle alors d'hyperpnée.

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