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Qu'est-ce qui cause l'inhalation pendant la respiration?

Qu'est-ce qui cause l'inhalation pendant la respiration?


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J'ai lu ici que les deux principaux muscles d'inspiration sont le (1) diaphragme et les (2) intercostaux externes.

De plus, l'inhalation peut également être causée par (1) l'expansion de la cavité abdominale ou (2) le mouvement du plancher pelvien.


Je pensais que l'inhalation était causée par des muscles qui faisaient essentiellement chuter la pression intra-thoracique, provoquant ainsi l'écoulement de l'air dans les poumons pour combler l'absence, comme une paille. C'est ce que je pensais nous a fait inhaler.

MA QUESTION

Si ma compréhension est correcte, alors les muscles causent-ils cette baisse de pression ? Quels espaces du coffre subissent cette baisse de pression ? Si non, comment exactement ces muscles facilitent-ils l'inhalation ?


À part les espaces ramifiés remplis de gaz dans les poumons eux-mêmes, il n'y a pas d'autres espaces dans le tronc et au-dessus du diaphragme qui contiennent du gaz - pour un poumon sain normal. Tout l'autre espace est rempli de tissu ou de liquide qui sert à étendre toute pression appliquée par les muscles que vous avez mentionnés sur le sac pleural qui entoure les poumons - comme un dispositif hydraulique. C'est seulement l'espace gazeux qui se dilate en volume et c'est ce qui fait que l'air pénètre dans cet espace par les voies respiratoires supérieures. L'expiration est causée par le recul élastique - le retour élastique de ce compartiment.


Soit le diaphragme, soit les muscles qui soulèvent les côtes, de manière dépendante ou conjointe, peuvent agrandir les poumons et provoquer un vide. Le vide est provoqué par l'élargissement de la chambre comme pour une pompe à vélo.

Les muscles moins connus soulèvent et abaissent les côtes : https://en.wikipedia.org/wiki/Intercostal_muscle Voici une vidéo du mouvement du diaphragme : https://www.youtube.com/watch?v=hp-gCvW8PRY

Le mieux est de rechercher les groupes musculaires sur google images et d'en consulter les graphiques pour voir les listes d'études.

La chute de pression est en fait une expansion de la cavité pulmonaire, le diaphragme étant très efficace pour aspirer l'air comme une seringue et les groupes d'expiration étant plus forts pour l'expiration, ils peuvent à la fois se dilater, se contracter et se comprimer pour des activités comme la natation et la toux. Vous voudrez peut-être vérifier les graphiques et les études de pression atmosphérique, puis cela se complique avec la pression transthoracique et transpulmonaire :


Qu'est-ce qui cause l'inhalation pendant la respiration? - La biologie

Les mécanismes respiratoires de la plupart des mammifères comprennent deux parties : l'inspiration et l'expiration. Ces mécanismes dépendent des gradients de pression ainsi que des muscles de la cavité thoracique.

Le mécanisme de la respiration obéit La loi de Boyle qui stipule que dans un espace clos, la pression et le volume sont inversement liés à mesure que le volume diminue, la pression augmente et vice versa. Les Cagethoracique a toujours une légère pression négative qui aide à maintenir les voies respiratoires des poumons ouvertes. Pendant le processus de inhalation, le volume pulmonaire augmente en raison de la contraction du diaphragme et intercostal muscles, élargissant la cavité thoracique. En raison de cette augmentation de volume, la pression est diminuée, sur la base des principes de la loi de Boyle. Cette diminution de la pression dans la cavité thoracique par rapport à l'environnement rend la pression de la cavité inférieure à la pression atmosphérique. Ce gradient de pression entre l'atmosphère et la cavité thoracique permet à l'air de s'engouffrer dans les poumons en cas d'inhalation. L'augmentation de volume qui en résulte est principalement attribuée à une augmentation de l'espace alvéolaire parce que le bronchioles et les bronches sont des structures rigides qui ne changent pas de taille.

Pendant l'inhalation, la paroi thoracique se dilate et s'éloigne des poumons. Les poumons sont élastiques par conséquent, lorsque l'air remplit les poumons, le recul élastique dans les tissus pulmonaires exerce une pression vers l'intérieur des poumons. Ces forces extérieures et intérieures rivalisent pour gonfler et dégonfler le poumon à chaque respiration. Sur exhalation, les poumons reculent pour expulser l'air des poumons. Les muscles intercostaux se détendent, ramenant la paroi thoracique à sa position initiale. Pendant l'expiration, le diaphragme se détend également, se déplaçant plus haut dans la cavité thoracique - les augmentations de pression dans la cavité thoracique par rapport à l'environnement. L'air s'échappe des poumons en raison du gradient de pression entre la cavité thoracique et l'atmosphère.

Tension superficielle est la force exercée par les molécules d'eau à la surface du tissu pulmonaire lorsque ces molécules d'eau se rapprochent. Eau (H2O) est une molécule hautement polaire, elle forme donc des liaisons intermoléculaires avec d'autres molécules d'eau. La force de ces liaisons crée effectivement une force vers l'intérieur sur les surfaces des poumons, abaissant la surface lorsque les tissus sont rapprochés. Comme l'air à l'intérieur des poumons est humide, il existe une tension superficielle considérable dans les tissus des poumons. Parce que les alvéoles des poumons sont très élastiques, elles ne résistent pas à la tension superficielle par elles-mêmes, ce qui permet à la force de cette tension superficielle de dégonfler les alvéoles lorsque l'air est expulsé pendant l'expiration par la contraction de la cavité pleurale.

La force de la tension superficielle dans les poumons est si grande que sans quelque chose pour réduire la tension superficielle, les voies respiratoires s'effondreraient après l'expiration, rendant le regonflage pendant l'inspiration beaucoup plus difficile et moins efficace. Les cellules des alvéoles sécrètent continuellement une molécule appelée tensioactif qui résout ce problème. Le tensioactif est une molécule de lipoprotéine qui réduit la force de tension superficielle des molécules d'eau sur le tissu pulmonaire. En conséquence, la tension superficielle des poumons due à l'eau est réduite de sorte que les poumons peuvent toujours se gonfler et se dégonfler de manière appropriée sans risque d'effondrement dû à la seule tension superficielle.


Questions pratiques


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Flashcards Officiel Biologie Question 17

Pack de questions sur la biologie, vol. 1 question 20

Pack de questions sur la biologie, Vol 2. Question 42

Pack de questions sur la biologie, vol. 2 Passage 18 Question 113


Points clés

• La mécanique de la respiration suit la loi de Boyle qui stipule que la pression et le volume ont une relation inverse.

• Le processus d'inhalation se produit en raison d'une augmentation du volume pulmonaire (contraction du diaphragme et expansion de la paroi thoracique) qui entraîne une diminution de la pression pulmonaire par rapport à l'atmosphère, ainsi, l'air s'engouffre dans les voies respiratoires.

• Le processus d'expiration se produit en raison du recul élastique du tissu pulmonaire, ce qui provoque une diminution du volume, entraînant une augmentation de la pression par rapport à l'atmosphère, de sorte que l'air s'échappe des voies respiratoires.

• Il n'y a pas de contraction des muscles pendant l'expiration, c'est considéré comme un processus passif.

• Le tensioactif est une substance phospholipidique et lipoprotéique produite dans les poumons qui fonctionne de la même manière qu'un détergent. Essentiellement, il réduit la tension superficielle entre le tissu alvéolaire et l'air dans les alvéoles, réduisant ainsi le travail nécessaire pour le gonflage des voies respiratoires.

diaphragme: un muscle en forme de dôme présent entre la cavité thoracique et la cavité abdominale qui aide à la respiration de l'air.

intercostal: entre les côtes

tensioactif: Le tensioactif est un mélange complexe de phospholipides et de lipoprotéines qui agit pour réduire la tension superficielle qui existe entre le tissu alvéolaire et l'air présent dans les alvéoles.

élasticité: une propriété pour retrouver sa forme et sa taille d'origine

La loi de Boyle : affirme que dans un espace clos, la pression et le volume sont inversement liés

Cagethoracique: la chambre du corps des vertébrés qui contient les poumons protégés par les côtes

inhalation: respirer

bronchiole : branche de bronches d'un diamètre de 1 mm ou moins et se terminant au niveau des sacs alvéolaires

recul élastique: le rebond des poumons après avoir été étirés par inhalation

exhalation: expire

tension superficielle: la force exercée par les molécules d'eau à la surface du tissu pulmonaire lorsque ces molécules d'eau se rapprochent


39.3 Respiration

Les poumons des mammifères sont situés dans la cavité thoracique où ils sont entourés et protégés par la cage thoracique, les muscles intercostaux et liés par la paroi thoracique. Le fond des poumons est contenu par le diaphragme, un muscle squelettique qui facilite la respiration. La respiration nécessite la coordination des poumons, de la paroi thoracique et, surtout, du diaphragme.

Types de respiration

Les amphibiens ont développé de multiples façons de respirer. Les jeunes amphibiens, comme les têtards, utilisent des branchies pour respirer et ne quittent pas l'eau. Certains amphibiens conservent des branchies toute leur vie. Au fur et à mesure que le têtard grandit, les branchies disparaissent et les poumons se développent. Ces poumons sont primitifs et pas aussi évolués que les poumons des mammifères. Les amphibiens adultes manquent ou ont un diaphragme réduit, donc la respiration par les poumons est forcée. L'autre moyen de respiration pour les amphibiens est la diffusion à travers la peau. Pour faciliter cette diffusion, la peau des amphibiens doit rester humide.

Les oiseaux font face à un défi unique en ce qui concerne la respiration : ils volent. Voler consomme une grande quantité d'énergie, par conséquent, les oiseaux ont besoin de beaucoup d'oxygène pour faciliter leurs processus métaboliques. Les oiseaux ont développé un système respiratoire qui leur fournit l'oxygène nécessaire pour voler. Comme les mammifères, les oiseaux ont des poumons, qui sont des organes spécialisés pour les échanges gazeux. L'air oxygéné, aspiré lors de l'inhalation, se diffuse à travers la surface des poumons dans la circulation sanguine, et le dioxyde de carbone se diffuse du sang dans les poumons et est expulsé lors de l'expiration. Les détails de la respiration entre les oiseaux et les mammifères diffèrent considérablement.

En plus des poumons, les oiseaux ont des sacs aériens à l'intérieur de leur corps. L'air circule dans une direction des sacs aériens postérieurs aux poumons et hors des sacs aériens antérieurs. Le flux d'air est dans la direction opposée au flux sanguin, et les échanges gazeux ont lieu beaucoup plus efficacement. Ce type de respiration permet aux oiseaux d'obtenir l'oxygène nécessaire, même à des altitudes plus élevées où la concentration en oxygène est faible. Cette directionnalité du flux d'air nécessite deux cycles d'admission et d'expiration d'air pour évacuer complètement l'air des poumons.

Connexion Évolution

Respiration aviaire

Les oiseaux ont développé un système respiratoire qui leur permet de voler. Le vol est un processus à haute énergie et nécessite beaucoup d'oxygène. De plus, de nombreux oiseaux volent à haute altitude où la concentration d'oxygène est faible. Comment les oiseaux ont-ils développé un système respiratoire si unique ?

Des décennies de recherche par les paléontologues ont montré que les oiseaux ont évolué à partir des thérapodes, des dinosaures carnivores (Figure 39.14). En fait, des preuves fossiles montrent que les dinosaures carnivores qui vivaient il y a plus de 100 millions d'années avaient un système respiratoire similaire avec des poumons et des sacs aériens. Archéoptéryx et Xiaotingia, par exemple, étaient des dinosaures volants et seraient les premiers précurseurs des oiseaux.

La plupart d'entre nous considèrent que les dinosaures sont éteints. Cependant, les oiseaux modernes sont les descendants des dinosaures aviaires. Le système respiratoire des oiseaux modernes évolue depuis des centaines de millions d'années.

Tous les mammifères ont des poumons qui sont les principaux organes de respiration. La capacité pulmonaire a évolué pour soutenir les activités de l'animal. Pendant l'inhalation, les poumons se dilatent avec l'air et l'oxygène se diffuse à travers la surface des poumons et pénètre dans la circulation sanguine. Lors de l'expiration, les poumons expulsent de l'air et le volume pulmonaire diminue. Dans les prochaines sections, le processus de la respiration humaine sera expliqué.

La mécanique de la respiration humaine

La loi de Boyle est la loi des gaz qui stipule que dans un espace clos, la pression et le volume sont inversement liés. Lorsque le volume diminue, la pression augmente et vice versa (Figure 39.15). La relation entre la pression du gaz et le volume aide à expliquer la mécanique de la respiration.

Il y a toujours une pression légèrement négative dans la cavité thoracique, ce qui aide à garder les voies respiratoires des poumons ouvertes. Pendant l'inhalation, le volume augmente en raison de la contraction du diaphragme et la pression diminue (selon la loi de Boyle). Cette diminution de pression dans la cavité thoracique par rapport à l'environnement rend la cavité inférieure à l'atmosphère (Figure 39.16une). A cause de cette chute de pression, l'air s'engouffre dans les voies respiratoires. Pour augmenter le volume des poumons, la paroi thoracique se dilate. Cela résulte de la contraction des muscles intercostaux, les muscles qui sont reliés à la cage thoracique. Le volume pulmonaire augmente car le diaphragme se contracte et les muscles intercostaux se contractent, élargissant ainsi la cavité thoracique. Cette augmentation du volume de la cavité thoracique fait baisser la pression par rapport à l'atmosphère, donc l'air s'engouffre dans les poumons, augmentant ainsi son volume. L'augmentation de volume qui en résulte est largement attribuée à une augmentation de l'espace alvéolaire, car les bronchioles et les bronches sont des structures rigides qui ne changent pas de taille.

La paroi thoracique se dilate et s'éloigne des poumons. Les poumons sont élastiques. Par conséquent, lorsque l'air remplit les poumons, le recul élastique dans les tissus pulmonaires exerce une pression vers l'intérieur des poumons. Ces forces extérieures et intérieures rivalisent pour gonfler et dégonfler le poumon à chaque respiration. Lors de l'expiration, les poumons reculent pour expulser l'air des poumons et les muscles intercostaux se détendent, ramenant la paroi thoracique à sa position d'origine (Figure 39.16b). Le diaphragme se détend également et se déplace plus haut dans la cavité thoracique. Cela augmente la pression dans la cavité thoracique par rapport à l'environnement et l'air s'échappe des poumons. Le mouvement de l'air hors des poumons est un événement passif. Aucun muscle ne se contracte pour expulser l'air.

Chaque poumon est entouré d'un sac invaginé. La couche de tissu qui recouvre le poumon et plonge dans les espaces s'appelle la plèvre viscérale. Une deuxième couche de plèvre pariétale tapisse l'intérieur du thorax (Figure 39.17). L'espace entre ces couches, l'espace intrapleural, contient une petite quantité de liquide qui protège le tissu et réduit la friction générée par le frottement des couches tissulaires entre elles lorsque les poumons se contractent et se détendent. La pleurésie se produit lorsque ces couches de tissu deviennent enflammées, c'est douloureux car l'inflammation augmente la pression dans la cavité thoracique et réduit le volume du poumon.

Voyez comment la loi de Boyle est liée à la respiration et regardez une vidéo sur la loi de Boyle.

Le travail de la respiration

Le nombre de respirations par minute est la fréquence respiratoire. En moyenne, dans des conditions de non-effort, la fréquence respiratoire humaine est de 12 à 15 respirations/minute. La fréquence respiratoire contribue à la ventilation alvéolaire, c'est-à-dire à la quantité d'air qui entre et sort des alvéoles. La ventilation alvéolaire empêche l'accumulation de dioxyde de carbone dans les alvéoles. Il existe deux manières de maintenir la ventilation alvéolaire constante : augmenter la fréquence respiratoire tout en diminuant le volume courant d'air par respiration (respiration superficielle) ou diminuer la fréquence respiratoire tout en augmentant le volume courant par respiration. Dans les deux cas, la ventilation reste la même, mais le travail effectué et le type de travail nécessaire sont assez différents. Le volume courant et la fréquence respiratoire sont étroitement régulés lorsque la demande en oxygène augmente.

Il existe deux types de travail effectué pendant la respiration, le travail résistif et le travail élastique. La résistance au flux fait référence au travail des alvéoles et des tissus pulmonaires, tandis que le travail élastique fait référence au travail des muscles intercostaux, de la paroi thoracique et du diaphragme. L'augmentation de la fréquence respiratoire augmente le travail de résistance au flux des voies respiratoires et diminue le travail élastique des muscles. La diminution de la fréquence respiratoire inverse le type de travail requis.

Tensioactif

L'interface air-tissus/eau des alvéoles a une tension superficielle élevée. Cette tension superficielle est similaire à la tension superficielle de l'eau à l'interface liquide-air d'une goutte d'eau qui entraîne la liaison des molécules d'eau entre elles. Le tensioactif est un mélange complexe de phospholipides et de lipoprotéines qui agit pour réduire la tension superficielle qui existe entre le tissu alvéolaire et l'air présent dans les alvéoles. En abaissant la tension superficielle du liquide alvéolaire, il réduit la tendance des alvéoles à s'effondrer.

Le tensioactif agit comme un détergent pour réduire la tension superficielle et permet un gonflage plus facile des voies respiratoires. Lorsqu'un ballon est gonflé pour la première fois, il faut beaucoup d'efforts pour étirer le plastique et commencer à gonfler le ballon. Si un peu de détergent était appliqué à l'intérieur du ballon, la quantité d'effort ou de travail nécessaire pour commencer à gonfler le ballon diminuerait et il deviendrait beaucoup plus facile de commencer à gonfler le ballon. Ce même principe s'applique aux voies respiratoires. Une petite quantité de surfactant sur les tissus des voies respiratoires réduit l'effort ou le travail nécessaire pour gonfler ces voies respiratoires. Les bébés nés prématurément ne produisent parfois pas assez de surfactant. En conséquence, ils souffrent du syndrome de détresse respiratoire, car cela demande plus d'efforts pour gonfler leurs poumons. Le tensioactif est également important pour empêcher l'effondrement des petites alvéoles par rapport aux grandes alvéoles.

Résistance pulmonaire et conformité

Les maladies pulmonaires réduisent le taux d'échange de gaz dans et hors des poumons. Les deux principales causes de la diminution des échanges gazeux sont la compliance (l'élasticité du poumon) et la résistance (le degré d'obstruction des voies respiratoires). Un changement dans l'un ou l'autre peut considérablement altérer la respiration et la capacité d'absorber de l'oxygène et de libérer du dioxyde de carbone.

Des exemples de maladies restrictives sont le syndrome de détresse respiratoire et la fibrose pulmonaire. Dans les deux maladies, les voies respiratoires sont moins souples et elles sont raides ou fibreuses. Il y a une diminution de la compliance parce que le tissu pulmonaire ne peut pas se plier et bouger. Dans ces types de maladies restrictives, la pression intrapleurale est plus positive et les voies respiratoires s'effondrent à l'expiration, ce qui emprisonne l'air dans les poumons. La capacité vitale forcée ou fonctionnelle (CVF), qui est la quantité d'air qui peut être exhalée de force après avoir pris la respiration la plus profonde possible, est beaucoup plus faible que chez les patients normaux, et le temps qu'il faut pour expirer la plus grande partie de l'air est considérablement prolongé ( graphique 39.18). Un patient souffrant de ces maladies ne peut pas expirer la quantité d'air normale.

Les maladies et affections obstructives comprennent l'emphysème, l'asthme et l'œdème pulmonaire. Dans l'emphysème, qui résulte principalement du tabagisme, les parois des alvéoles sont détruites, diminuant la surface d'échange gazeux. La compliance globale des poumons est augmentée, car à mesure que les parois alvéolaires sont endommagées, le recul élastique pulmonaire diminue en raison d'une perte de fibres élastiques, et plus d'air est piégé dans les poumons à la fin de l'expiration. L'asthme est une maladie dans laquelle l'inflammation est déclenchée par des facteurs environnementaux. L'inflammation obstrue les voies respiratoires. L'obstruction peut être due à un œdème (accumulation de liquide), à ​​des spasmes des muscles lisses des parois des bronchioles, à une augmentation de la sécrétion de mucus, à des lésions de l'épithélium des voies respiratoires ou à une combinaison de ces événements. Les personnes souffrant d'asthme ou d'œdème présentent une occlusion accrue due à une inflammation accrue des voies respiratoires. Cela a tendance à bloquer les voies respiratoires, empêchant le bon mouvement des gaz (Figure 39.18). Les personnes atteintes de maladies obstructives ont de grands volumes d'air emprisonnés après l'expiration et respirent à un volume pulmonaire très élevé pour compenser le manque de recrutement des voies respiratoires.

Espace mort : discordance V/Q

La pression de la circulation pulmonaire est très faible par rapport à celle de la circulation systémique. Il est également indépendant du débit cardiaque. Cela est dû à un phénomène appelé recrutement, qui est le processus d'ouverture des voies respiratoires qui restent normalement fermées lorsque le débit cardiaque augmente. À mesure que le débit cardiaque augmente, le nombre de capillaires et d'artères perfusés (remplis de sang) augmente. Ces capillaires et artères ne sont pas toujours utilisés mais sont prêts en cas de besoin. Parfois, cependant, il y a un décalage entre la quantité d'air (ventilation, V) et la quantité de sang (perfusion, Q) dans les poumons. C'est ce qu'on appelle l'inadéquation ventilation/perfusion (V/Q).

Il existe deux types de non-concordance V/Q. Les deux produisent un espace mort, des régions de tissu pulmonaire décomposé ou bloqué. Les espaces morts peuvent gravement affecter la respiration, car ils réduisent la surface disponible pour la diffusion des gaz. En conséquence, la quantité d'oxygène dans le sang diminue, tandis que le niveau de dioxyde de carbone augmente. Un espace mort est créé lorsqu'aucune ventilation et/ou perfusion n'a lieu. L'espace mort anatomique ou shunt anatomique résulte d'une défaillance anatomique, tandis que l'espace mort physiologique ou shunt physiologique résulte d'une altération fonctionnelle du poumon ou des artères.

Un exemple de shunt anatomique est l'effet de la gravité sur les poumons. Le poumon est particulièrement sensible aux changements d'amplitude et de direction des forces gravitationnelles. Lorsqu'une personne est debout ou assise, le gradient de pression pleurale entraîne une ventilation accrue plus bas dans le poumon. En conséquence, la pression intrapleurale est plus négative à la base du poumon qu'au sommet, et plus d'air remplit le bas du poumon que le haut. De même, il faut moins d'énergie pour pomper le sang vers le bas du poumon que vers le haut en position couchée. La perfusion pulmonaire n'est pas uniforme en position debout ou assise. Ceci est le résultat des forces hydrostatiques combinées à l'effet de la pression des voies respiratoires. Un shunt anatomique se développe parce que la ventilation des voies respiratoires ne correspond pas à la perfusion des artères entourant ces voies respiratoires. En conséquence, le taux d'échange de gaz est réduit. Notez que cela ne se produit pas en position couchée, car dans cette position, la gravité ne tire pas préférentiellement le bas du poumon vers le bas.

Un shunt physiologique peut se développer s'il y a une infection ou un œdème dans le poumon qui obstrue une zone. Cela diminuera la ventilation mais n'affectera pas la perfusion. Par conséquent, le rapport V/Q change et les échanges gazeux sont affectés.

Le poumon peut compenser ces décalages de ventilation et de perfusion. Si la ventilation est supérieure à la perfusion, les artérioles se dilatent et les bronchioles se contractent. Cela augmente la perfusion et réduit la ventilation. De même, si la ventilation est inférieure à la perfusion, les artérioles se contractent et les bronchioles se dilatent pour corriger le déséquilibre.


La mécanique de la respiration humaine

Figure 2. Ce graphique montre les données de l'expérience originale de Boyle en 1662, qui montre que la pression et le volume sont inversement liés. Aucune unité n'est donnée car Boyle a utilisé des unités arbitraires dans ses expériences.

La loi de Boyle est la loi des gaz qui stipule que dans un espace clos, la pression et le volume sont inversement liés. Lorsque le volume diminue, la pression augmente et vice versa (Figure 2). La relation entre la pression du gaz et le volume aide à expliquer la mécanique de la respiration.

Il y a toujours une pression légèrement négative dans la cavité thoracique, ce qui aide à garder les voies respiratoires des poumons ouvertes. Pendant l'inhalation, le volume augmente en raison de la contraction du diaphragme et la pression diminue (selon la loi de Boyle). Cette diminution de pression dans la cavité thoracique par rapport à l'environnement rend la cavité inférieure à l'atmosphère (Figure 3a). A cause de cette chute de pression, l'air s'engouffre dans les voies respiratoires. Pour augmenter le volume des poumons, la paroi thoracique se dilate. Cela résulte de la contraction de la muscles intercostaux, les muscles qui sont reliés à la cage thoracique. Le volume pulmonaire augmente car le diaphragme se contracte et les muscles intercostaux se contractent, élargissant ainsi la cavité thoracique. Cette augmentation du volume de la cavité thoracique abaisse la pression par rapport à l'atmosphère, donc l'air s'engouffre dans les poumons, augmentant ainsi son volume. L'augmentation de volume qui en résulte est largement attribuée à une augmentation de l'espace alvéolaire, car les bronchioles et les bronches sont des structures rigides qui ne changent pas de taille.

Figure 3. Les poumons, la paroi thoracique et le diaphragme sont tous impliqués dans la respiration, à la fois (a) l'inspiration et (b) l'expiration. (crédit : modification d'œuvre par Mariana Ruiz Villareal)

Figure 4. Une couche de tissu appelée plèvre entoure le poumon et l'intérieur de la cavité thoracique. (crédit : modification d'oeuvre par NCI)

La paroi thoracique se dilate et s'éloigne des poumons. Les poumons sont élastiques par conséquent, lorsque l'air remplit les poumons, le recul élastique dans les tissus du poumon exerce une pression vers l'intérieur des poumons. Ces forces extérieures et intérieures rivalisent pour gonfler et dégonfler le poumon à chaque respiration. Lors de l'expiration, les poumons reculent pour expulser l'air des poumons et les muscles intercostaux se détendent, ramenant la paroi thoracique à sa position d'origine (Figure 3b).

Le diaphragme se détend également et se déplace plus haut dans la cavité thoracique. Cela augmente la pression dans la cavité thoracique par rapport à l'environnement et l'air s'échappe des poumons. Le mouvement de l'air hors des poumons est un événement passif. Aucun muscle ne se contracte pour expulser l'air.

Chaque poumon est entouré d'un sac invaginé. La couche de tissu qui recouvre le poumon et plonge dans les espaces est appelée viscérale plèvre. Une deuxième couche de plèvre pariétale tapisse l'intérieur du thorax (Figure 4). L'espace entre ces couches, le espace intrapleural, contient une petite quantité de liquide qui protège les tissus et réduit la friction générée par le frottement des couches tissulaires lorsque les poumons se contractent et se détendent. Pleurésie Il en résulte que lorsque ces couches de tissu s'enflamment, cela est douloureux car l'inflammation augmente la pression dans la cavité thoracique et réduit le volume du poumon.

Lien vers l'apprentissage

Voyez comment la loi de Boyle est liée à la respiration et regardez ces vidéos sur la loi de Boyle :


Qu'est-ce qui cause l'inhalation pendant la respiration? - La biologie

introduction

Tousser. Fièvre. Essoufflement. Hypoxie. Tous sont des symptômes d'un certain nombre de maladies pulmonaires, d'un bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO) à Streptococcus pneumoniae pneumonie (pneumococcique) à un type de pneumonie d'hypersensibilité également connue sous le nom de alvéolite allergique extrinsèque (EAA). Ce dernier exemple est un peu plus ésotérique, et peut être provoqué par une hypersensibilité à n'importe quoi, de l'herbe séchée à l'urine de rat en passant par la moisissure qui pousse dans les bains à remous. poumon de bain à remous. Tous les cas de poumon de spa ne sont pas graves, mais aucun n'est certainement agréable. Ils sont souvent diagnostiqués à tort comme de l'asthme ou une bronchite, et peuvent être traités avec des stéroïdes, qui apaisent le système immunitaire et réduisent l'inflammation associée à cette maladie. Étant donné que le poumon du spa peut potentiellement disparaître de lui-même, l'antibiothérapie n'est pas toujours recommandée. En tant que médecin, vous devrez peut-être simplement dire à vos patients que la meilleure façon d'éviter les poumons du spa est de s'assurer que le bain est nettoyé correctement et régulièrement avant de l'utiliser.

La leçon ici n'est pas d'éviter les bains à remous. C'est que les poumons sont des organes essentiels, sensibles aux membranes délicates qu'il faut protéger. De nombreux types de facteurs de stress (agents pathogènes, particules ou produits chimiques) peuvent les irriter et provoquer une détresse respiratoire. Dans ce chapitre, nous examinerons la structure des poumons et la microanatomie de la respiration. Nous parlerons également de la mécanique de la respiration ainsi que de la fonction globale des poumons.

6.1 Anatomie et mécanisme respiratoire

Les poumons sont situés dans le Cagethoracique, dont la structure est spécialement conçue pour effectuer la respiration.

L'anatomie du système respiratoire est résumée à la figure 6.1. Les échanges gazeux se produisent dans les poumons. L'air pénètre dans les voies respiratoires par l'extérieur narines du nez puis passe par la cavité nasale, où il est filtré à travers les muqueuses et les poils nasaux (vibrisses).

CONCEPT CLÉ

Le nez et la bouche remplissent plusieurs fonctions importantes dans la respiration en éliminant la saleté et les particules de l'air et en le réchauffant et en l'humidifiant avant qu'il n'atteigne les poumons.

Ensuite, l'air passe dans le pharynx et le larynx. Les pharynx réside derrière la cavité nasale et à l'arrière de la bouche, c'est une voie commune pour l'air destiné aux poumons et les aliments destinés à l'œsophage. En revanche, le larynx se trouve sous le pharynx et n'est qu'une voie pour l'air. Pour garder les aliments hors des voies respiratoires, l'ouverture du larynx (glotte) est couvert par le épiglotte pendant la déglutition. Le larynx contient deux cordes vocales qui sont manœuvrés à l'aide des muscles squelettiques et du cartilage. Du larynx, l'air passe dans le cartilage trachée puis dans l'un des deux axes bronches. Les bronches et la trachée contiennent des cellules épithéliales ciliées pour attraper le matériel qui a franchi les muqueuses du nez et de la bouche.

Dans le poumons, les bronches continuent de se diviser en structures plus petites appelées bronchioles, qui se divisent davantage jusqu'à ce qu'elles se terminent par de minuscules structures en forme de ballon dans lesquelles se produisent les échanges gazeux (alvéoles). Chaque alvéole est recouverte de tensioactif, un détergent qui abaisse la tension superficielle et empêche l'alvéole de s'effondrer sur elle-même. Un réseau de capillaires entoure chaque alvéole pour transporter l'oxygène et le dioxyde de carbone. La ramification et la taille minuscule des alvéoles permettent une surface d'échange gazeux exceptionnellement grande d'environ 100 m 2 .

Chiffre 6.1. Anatomie du système respiratoire

Le poumon gauche a une petite échancrure, ce qui le rend légèrement plus petit que le poumon droit. Il ne contient également que deux lobes, tandis que le poumon droit en contient trois. Pourquoi cela pourrait-il être? Elle est due à la position du cœur dans la cavité thoracique.

Les poumons eux-mêmes sont contenus dans la cavité thoracique, qui contient également le cœur. La paroi thoracique forme l'extérieur de la cavité thoracique. Des membranes dites plèvre entourent chaque poumon, comme le montre la figure 6.2. La plèvre forme un sac fermé contre lequel le poumon se dilate. La surface adjacente au poumon est la plèvre viscérale, et la partie extérieure est la plèvre pariétale.

Chiffre 6.2. Membranes pulmonaires

Les poumons ne se remplissent pas passivement et ont besoin des muscles squelettiques pour générer la pression négative d'expansion. Le plus important de ces muscles est le diaphragme, une structure musculaire mince qui sépare la cavité thoracique (poitrine) de la cavité abdominale. Le diaphragme est sous contrôle somatique, même si la respiration elle-même est sous contrôle autonome. De plus, les muscles de la paroi thoracique, de l'abdomen et du cou peuvent également participer à la respiration, en particulier lorsque la respiration est laborieuse en raison d'un état pathologique.

Avant de discuter de la respiration elle-même, il convient d'examiner de plus près la relation entre la plèvre et les poumons. Imaginez que vous ayez un gros ballon partiellement dégonflé. Maintenant, imaginez que vous prenez votre poing et que vous le poussez contre le ballon pour que le ballon se soulève et entoure votre main. Ceci est analogue à un poumon et à sa plèvre. Notre poing est le poumon et le ballon représente les deux couches pleurales. Le côté touchant directement notre poing est la plèvre viscérale, et la couche externe est la plèvre pariétale, qui est associée à la paroi thoracique dans la vraie vie. L'espace à l'intérieur du sac est appelé espace intrapleural, qui contient une fine couche de fluide. Ce liquide pleural aide à lubrifier les deux surfaces pleurales. Les différentiels de pression qui peuvent être créés à travers la plèvre entraînent finalement la respiration, comme nous l'explorons dans la section suivante.

L'espace intrapleural est un exemple d'espace space&mdasha potentiel qui est normalement vide ou effondré. Dans certains états pathologiques, cet espace potentiel peut être agrandi par le fluide ou l'air qui s'accumule dans l'espace. Par exemple, dans un épanchement pleural, le liquide s'accumule dans l'espace intrapleural. Dans un pneumothorax, l'air s'accumule ici. Chacun de ces états perturbe la mécanique normale de l'appareil respiratoire et peut provoquer une atélectasie ou un collapsus pulmonaire.

Passons maintenant à la mécanique de la ventilation, qui est fondée sur la physique. Comme discuté dans les chapitres 2 et 3 de Examen de physique et de mathématiques MCAT, nous pouvons utiliser la pression pour effectuer un travail utile dans un système. Ici, nous utilisons des différentiels de pression entre les poumons et l'espace intrapleural pour conduire l'air dans les poumons.

L'inhalation est un processus actif. Nous utilisons notre diaphragme ainsi que le muscles intercostaux externes (one of the layers of muscles between the ribs) to expand the thoracic cavity, as shown in Figure 6.3. As the diaphragm flattens and the chest wall expands outward, the intrathoracic volume(the volume of the chest cavity) increases. Specifically, because the intrapleural space most closely abuts the chest wall, its volume increases first. Can we predict what will happen to intrapleural pressure? From our understanding of Boyle’s law, an increase in intrapleural volume leads to a decrease in intrapleural pressure.

Boyle’s law states that the pressure and volume of gases are inversely related. This is the principle underlying negative-pressure breathing: as the chest wall expands, the pressure in the lungs drops, and air is drawn into the lungs.

Now we have low pressure in the intrapleural space. What about inside the lungs? The gas in the lungs is initially at atmospheric pressure, which is now higher than the pressure in the intrapleural space. The lungs will therefore expand into the intrapleural space, and the pressure in the lungs will drop. Air will then be sucked in from a higher-pressure environment&mdashthe outside world. Ce mécanisme est appelé negative-pressure breathing because the driving force is the lower (relatively negative) pressure in the intrapleural space compared with the lungs.

Chiffre 6.3. Stages of Ventilation The diaphragm contracts during inhalation and relaxes during exhalation.

Unlike inhalation, exhalation does not have to be an active process. Simple relaxation of the external intercostal muscles will reverse the processes we discussed in the last paragraph. As the diaphragm and external intercostals relax, the chest cavity decreases in volume. What will happen to pressure in the intrapleural space? It will go up, again explained by Boyle’s law. Now pressure in the intrapleural space is higher than in the lungs, which is still at atmospheric pressure. Thus, air will be pushed out, resulting in exhalation. During active tasks, we can speed this process up by using the internal intercostal muscles and abdominal muscles, which oppose the external intercostals and pull the rib cage down. This actively decreases the volume of the thoracic cavity. Finally, recall that surfactant prevents the complete collapse of the alveoli during exhalation by reducing surface tension at the alveolar surface.

CONCEPT CLÉ

Inhalation and exhalation require different amounts of energy expenditure. Muscle contraction is required to create the negative pressure in the thoracic cavity that forces air into the lungs during inspiration. Expiration during calm states is entirely due to elastic recoil of the lungs and the musculature. During more active states, the muscles can be used to force air out and speed up the process of ventilation.

Remember the balloon analogy from before. The lungs have an elastic quality and are attached via the pleurae to the chest wall. The chest wall expands on inhalation, pulling the lungs with it and creating the pressure differential required for inhalation. As the chest wall relaxes, the lungs recoil and accentuate the relaxation process. When the lungs recoil, their volume becomes smaller, and the pressure increases. Now the pressure inside the lungs is higher than the outside pressure, and exhalation occurs. Note that the indirect connection of the lungs to the chest wall also prevents them from collapsing completely on recoil, like surfactant.

Emphysema is a disease characterized by the destruction of the alveolar walls. This results in reduced elastic recoil of the lungs, making the process of exhalation extremely difficult. Most cases of emphysema are caused by cigarette smoking.

LUNG CAPACITIES AND VOLUMES

In pulmonology (the medical field associated with the lungs and breathing), we frequently must assess lung capacities and volumes&mdashbut we don’t have the luxury of removing an individual’s lungs to do so. One instrument used to measure these quantities is a spiromètre. While a spirometer cannot measure the amount of air remaining in the lung after complete exhalation (residual volume), it provides a number of measures that are useful in clinical medicine.

Commonly tested lung volumes include:

&point médian&emspCapacité pulmonaire totale (CCM): The maximum volume of air in the lungs when one inhales completely usually around 6 to 7 liters

&point médian&emspVolume résiduel (VR): The minimum volume of air in the lungs when one exhales completely

&point médian&emspCapacité vitale (CV): The difference between the minimum and maximum volume of air in the lungs (TLC – RV)

&point médian&emspTidal volume (la télé): The volume of air inhaled or exhaled in a normal breath

&point médian&emspExpiratory reserve volume (ERV): The volume of additional air that can be forcibly exhaled after a normal exhalation

&point médian&emspVolume de réserve inspiratoire (IRV): The volume of additional air that can be forcibly inhaled after a normal inhalation

These different lung volumes and capacities can be seen in Figure 6.4.

Chiffre 6.4. Volumes pulmonaires

Breathing requires input from our nervous control center. Ventilation is primarily regulated by a collection of neurons in the medulla oblongata called the ventilation center that fire rhythmically to cause regular contraction of respiratory muscles. These neurons contain chémorécepteurs that are primarily sensitive to carbon dioxide concentration. As the partial pressure of carbon dioxide in the blood rises (hypercarbia ou hypercapnie), les fréquence respiratoire will increase so that more carbon dioxide is exhaled, and carbon dioxide levels in the blood will fall. These cells also respond to changes in oxygen concentration, although this tends to have significance only during periods of significant hypoxie (low oxygen concentration in the blood).

We can, to a limited extent, control our breathing through the cerebrum. We can choose to breathe more rapidly or slowly however, extended periods of hypoventilation would lead to increased carbon dioxide levels and an override by the medulla oblongata (which would jump-start breathing). The opposite process (hyperventilation) would blow off too much carbon dioxide and ultimately inhibit ventilation.

MCAT Concept Check 6.1:

Avant de continuer, évaluez votre compréhension du matériel avec ces questions.

1. List the structures in the respiratory pathway, from where air enters the nares to the alveoli.

2. Which muscle(s) are involved in inhalation? Exhalation?

3. What is the purpose of surfactant?

4. What is the mathematical relationship between vital capacity (VC), inspiratory reserve volume (IRV), expiratory reserve volume (ERV), and tidal volume (TV)?

5. If blood levels of CO2 become too low, how does the brain alter the respiratory rate to maintain homeostasis?

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Human Breathing System

Structure of the human breathing system

Nasal and buccal cavities:

  • Mouth and internal areas of the nose
  • Function in warming and moistening air entering lungs
  • Mucus and small hairs filter the air and then transport the dirt-loaded mucus to the pharynx where it is swallowed

Pharynx (throat):

  • Area between oesophagus and windpipe (trachea)
  • Pharynx has a sphincter (epiglottis) that closes over the opening to the trachea (glottis) that prevents food travelling into the trachea

Glottis:

Epiglottis:

  • Sphincter that closes over the glottis to prevent food getting into the trachea during swallowing
  • Swallowing causes the vocal cords to pull on the glottis and the larynx to be pulled upwards thereby closing the epiglottis over the glottis

Larynx (voice box):

  • Made of cartilage and sits on top of the trachea
  • Three functions:
    • Produces sound
    • Controls air flowing into and out of the trachea
    • Directs food into the oesophagus

    Trachea (windpipe):

    • Directs inhaled air into the lungs
    • Contains c-shaped rings of cartilage that keeps the trachea open
    • Cilia of trachea carry dirt-laden mucus up the pharynx

    Bronchi:

    • Two divisions of the trachea
    • Directs air into each lung
    • Supported by cartilage

    Bronchioles:

    • Tiny divisions of the bronchi
    • Air passages that are less then 1 mm in diameter
    • Not supported by cartilage

    Poumons:

    • Composed of spongy, elastic tissue that expands easily during inhalation and recoils rapidly as exhalation occurs

    Pleural membranes:

    • Thin pair of membranes covering and separating the lungs from other organs, such as the heart
    • The lungs are stuck to the rib cage and diaphragm by the pleural fluid (think of a layer of water between a table and a piece of glass and how difficult it is to lift it off the table)

    Rib cage:

    • Composed of 12 thoracic vertebrae, 12 ribs, and the sternum
      • First 7 pairs are called ‘true’ ribs (because they attach directly to the sternum)
      • Next 3 pairs are called ‘false’ ribs (because they are only attached to the sternum by cartilage)
      • Final 2 pairs are called ‘floating’ ribs (because they do not attach to the sternum at all)

      Alveoli:

      • Tiny air sacs at the end of the bronchioles where gas exchange occurs
      • Walls of alveoli are only 1 cell thick to maximise diffusion
      • Each alveolus has rich blood capillary network surrounding it
      • Il y a

      Essential Features of Alveoli and Capillaries

      • Alveoli are numerous
      • Alveoli have rich blood capillary network nearby
      • Alveoli have walls only one-cell thick
      • Alveoli surface is moist
      • Alveoli walls are elastic
      • Capillaries that surround each alveolus have walls that are only one-cell thick

      Muscles respiratoires

      The lungs have no skeletal muscles of their own. The work of breathing is done by the diaphragm, the muscles between the ribs (intercostal muscles), the muscles in the neck, and the abdominal muscles.

      Les diaphragme, a dome-shaped sheet of muscle that separates the chest cavity from the abdomen, is the most important muscle used for breathing in (called inhalation or inspiration). Le diaphragme est attaché à la base du sternum, aux parties inférieures de la cage thoracique et à la colonne vertébrale. Lorsque le diaphragme se contracte, il augmente la longueur et le diamètre de la cavité thoracique et dilate ainsi les poumons. The intercostal muscles help move the rib cage and thus assist in breathing.

      The process of breathing out (called exhalation or expiration) is usually passive when a person is not exercising. The elasticity of the lungs and chest wall, which are actively stretched during inhalation, causes them to return to their resting shape and to expel air out of the lungs when inspiratory muscles are relaxed. Therefore, when a person is at rest, no effort is needed to breathe out. During vigorous exercise, however, a number of muscles participate in exhalation. The abdominal muscles are the most important of these. Abdominal muscles contract, raise abdominal pressure, and push a relaxed diaphragm against the lungs, causing air to be pushed out.

      The muscles used in breathing can contract only if the nerves connecting them to the brain are intact. In some neck and back injuries, the spinal cord can be severed, which breaks the nervous system connection between the brain and the muscles, and the person will die unless artificially ventilated.

      Diaphragm’s Role in Breathing

      When the diaphragm contracts and moves lower, the chest cavity enlarges, reducing the pressure inside the lungs. To equalize the pressure, air enters the lungs. When the diaphragm relaxes and moves back up, the elasticity of the lungs and chest wall pushes air out of the lungs.


      Inhalation of air, as part of the cycle of breathing, is a vital process for all human life. The process is autonomic (though there are exceptions in some disease states) and does not need conscious control or effort. However, breathing can be consciously controlled or interrupted (within limits).

      Breathing allows oxygen (which humans and a lot of other species need for survival) to enter the lungs, from where it can be absorbed into the bloodstream.

      Examples of accidental inhalation includes inhalation of water (e.g. in drowning), smoke, food, vomitus and less common foreign substances [1] (e.g. tooth fragments, coins, batteries, small toy parts, needles).

      Recreational use Edit

      Legal – helium, nitrous oxide ("laughing gas")

      Illegal – various gaseous, vaporised or aerosolized recreational drugs

      Medical use Edit

      Diagnostic Edit

      Various specialized investigations use the inhalation of known substances for diagnostic purposes. Examples include pulmonary function testing (e.g. nitrogen washout test, diffusion capacity testing (carbon monoxide, helium, methane)) and diagnostic radiology (e.g. radioactive xenon isotopes).

      Therapeutic Edit

      Gases and other drugs used in anaesthesia include oxygen, nitrous oxide, helium, xenon, volatile anaesthetic agents. Medication for asthma, croup, cystic fibrosis and some other conditions.

      Inhalation begins with the contraction of the muscles attached to the rib cage this causes an expansion in the chest cavity. Then takes place the onset of contraction of the diaphragm, which results in expansion of the intrapleural space and an increase in negative pressure according to Boyle's law. This negative pressure generates airflow because of the pressure difference between the atmosphere and alveolus.

      The inflow of air into the lungs occurs via the respiratory airways. In health, these airways begin with the nose. [2] [3] It is possible to begin with the mouth, which is the backup breathing system. However, chronic mouth breathing leads to, or is a sign of, illness. [4] [5] [6] They end in the microscopic dead-end sacs called alveoli) are always open, though the diameters of the various sections can be changed by the sympathetic and parasympathetic nervous systems. The alveolar air pressure is therefore always close to atmospheric air pressure (about 100 kPa at sea level) at rest, with the pressure gradients that cause air to move in and out of the lungs during breathing rarely exceeding 2–3 kPa. [7] [8]

      Other muscles that can be involved in inhalation include: [9]

      Hyperinflation ou hyperaeration is where the lung volume is abnormally increased, with increased filling of the alveoli. This results in an increased radiolucency on X-ray, a reduction in lung markings and depression of the diaphragm. It may occur in partial obstruction of a large airway, as in e.g. congenital lobar emphysema, bronchial atresia and mucous plugs in asthma. [dix]

      Yogis such as B. K. S. Iyengar advocate both inhaling and exhaling through the nose in the practice of yoga, rather than inhaling through the nose and exhaling through the mouth. [11] [12] [13] They tell their students that the "nose is for breathing, the mouth is for eating." [12] [14] [15] [11]


      30.3 Breathing

      Dans cette section, vous explorerez les questions suivantes :

      • How do the structure of the lungs and thoracic cavity control the mechanics of breathing?
      • What is the importance of compliance and resistance in the lungs?

      Connexion pour les cours AP ®

      The information in this section is not within the scope for AP ® and does not align to the Curriculum Framework. However, understanding how breathing occurs enhances ones understanding of the structure and function of the respiratory system.

      Mammalian lungs are located in the thoracic cavity where they are surrounded and protected by the rib cage, intercostal muscles, and bound by the chest wall. The bottom of the lungs is contained by the diaphragm, a skeletal muscle that facilitates breathing. Breathing requires the coordination of the lungs, the chest wall, and most importantly, the diaphragm.

      Types of Breathing

      Amphibians have evolved multiple ways of breathing. Young amphibians, like tadpoles, use gills to breathe, and they don’t leave the water. Some amphibians retain gills for life. As the tadpole grows, the gills disappear and lungs grow. These lungs are primitive and not as evolved as mammalian lungs. Adult amphibians are lacking or have a reduced diaphragm, so breathing via lungs is forced. The other means of breathing for amphibians is diffusion across the skin. To aid this diffusion, amphibian skin must remain moist.

      Birds face a unique challenge with respect to breathing: They fly. Flying consumes a great amount of energy therefore, birds require a lot of oxygen to aid their metabolic processes. Birds have evolved a respiratory system that supplies them with the oxygen needed to enable flying. Similar to mammals, birds have lungs, which are organs specialized for gas exchange. Oxygenated air, taken in during inhalation, diffuses across the surface of the lungs into the bloodstream, and carbon dioxide diffuses from the blood into the lungs and expelled during exhalation. The details of breathing between birds and mammals differ substantially.

      In addition to lungs, birds have air sacs inside their body. Air flows in one direction from the posterior air sacs to the lungs and out of the anterior air sacs. The flow of air is in the opposite direction from blood flow, and gas exchange takes place much more efficiently. This type of breathing enables birds to obtain the requisite oxygen, even at higher altitudes where the oxygen concentration is low. This directionality of airflow requires two cycles of air intake and exhalation to completely get the air out of the lungs.

      Connexion Évolution

      Avian Respiration

      Birds have evolved a respiratory system that enables them to fly. Flying is a high-energy process and requires a lot of oxygen. Furthermore, many birds fly in high altitudes where the concentration of oxygen in low. How did birds evolve a respiratory system that is so unique?

      Decades of research by paleontologists have shown that birds evolved from therapods, meat-eating dinosaurs (Figure 30.14). In fact, fossil evidence shows that meat-eating dinosaurs that lived more than 100 million years ago had a similar flow-through respiratory system with lungs and air sacs. Archéoptéryx et Xiaotingia, for example, were flying dinosaurs and are believed to be early precursors of birds.

      Most of us consider that dinosaurs are extinct. However, modern birds are descendants of avian dinosaurs. The respiratory system of modern birds has been evolving for hundreds of millions of years.

      1. The “flow-through respiratory system” allows air to move only entirely in one direction, without retracing its pathway at all, allowing the animal to breathe faster while in flight.
      2. The “flow-through respiratory system” contains several air sacs that make the animal lighter compared to similar-sized animals with no air sacs.
      3. The “flow-through respiratory system” contains many lungs, which allow the animals to take in the large quantities of oxygen needed for flight.
      4. The “flow-through respiratory system” allows air to move in an almost unidirectional pathway to reach a series of air sacs that provide air to hollow bones, making the animals lighter and providing efficient respiration.

      Tous les mammifères ont des poumons qui sont les principaux organes de respiration. Lung capacity has evolved to support the animal’s activities. During inhalation, the lungs expand with air, and oxygen diffuses across the lung’s surface and enters the bloodstream. Lors de l'expiration, les poumons expulsent de l'air et le volume pulmonaire diminue. In the next few sections, the process of human breathing will be explained.

      The Mechanics of Human Breathing

      Boyle’s Law is the gas law that states that in a closed space, pressure and volume are inversely related. As volume decreases, pressure increases and vice versa (Figure 30.15). The relationship between gas pressure and volume helps to explain the mechanics of breathing.

      There is always a slightly negative pressure within the thoracic cavity, which aids in keeping the airways of the lungs open. During inhalation, volume increases as a result of contraction of the diaphragm, and pressure decreases (according to Boyle’s Law). This decrease of pressure in the thoracic cavity relative to the environment makes the cavity less than the atmosphere (Figure 30.16une). Because of this drop in pressure, air rushes into the respiratory passages. To increase the volume of the lungs, the chest wall expands. This results from the contraction of the muscles intercostaux, the muscles that are connected to the rib cage. Lung volume expands because the diaphragm contracts and the intercostals muscles contract, thus expanding the thoracic cavity. This increase in the volume of the thoracic cavity lowers pressure compared to the atmosphere, so air rushes into the lungs, thus increasing its volume. The resulting increase in volume is largely attributed to an increase in alveolar space, because the bronchioles and bronchi are stiff structures that do not change in size.

      The chest wall expands out and away from the lungs. The lungs are elastic therefore, when air fills the lungs, the elastic recoil within the tissues of the lung exerts pressure back toward the interior of the lungs. These outward and inward forces compete to inflate and deflate the lung with every breath. Upon exhalation, the lungs recoil to force the air out of the lungs, and the intercostal muscles relax, returning the chest wall back to its original position (Figure 30.16b). The diaphragm also relaxes and moves higher into the thoracic cavity. This increases the pressure within the thoracic cavity relative to the environment, and air rushes out of the lungs. The movement of air out of the lungs is a passive event. No muscles are contracting to expel the air.

      Each lung is surrounded by an invaginated sac. The layer of tissue that covers the lung and dips into spaces is called the visceral plèvre. A second layer of parietal pleura lines the interior of the thorax (Figure 30.17). The space between these layers, the intrapleural space, contains a small amount of fluid that protects the tissue and reduces the friction generated from rubbing the tissue layers together as the lungs contract and relax. Pleurésie results when these layers of tissue become inflamed it is painful because the inflammation increases the pressure within the thoracic cavity and reduces the volume of the lung.

      Lien vers l'apprentissage

      View how Boyle’s Law is related to breathing and watch this video on Boyle’s Law.

      1. Boyle’s law states that the pressure of a gas is directly proportional to its volume. Therefore, the lungs control the volume of air by altering the air pressure of the thoracic cavity.
      2. Boyle’s law states that the pressure of a gas is inversely proportional to its volume. Therefore, the lungs control air pressure by altering the volume of the thoracic cavity.
      3. Boyle’s law states that the pressure of a gas is inversely proportional to its volume. Therefore, the lungs control air pressure by expanding and pushing out the muscles of the thoracic cavity.
      4. Boyle’s law states that the pressure of a gas is directly proportional to its volume. Therefore, the lungs control air pressure by controlling the volume of the thoracic cavity, not vice versa.

      The Work of Breathing

      The number of breaths per minute is the fréquence respiratoire. On average, under non-exertion conditions, the human respiratory rate is 12–15 breaths/minute. The respiratory rate contributes to the alveolar ventilation, or how much air moves into and out of the alveoli. Alveolar ventilation prevents carbon dioxide buildup in the alveoli. There are two ways to keep the alveolar ventilation constant: increase the respiratory rate while decreasing the tidal volume of air per breath (shallow breathing), or decrease the respiratory rate while increasing the tidal volume per breath. In either case, the ventilation remains the same, but the work done and type of work needed are quite different. Both tidal volume and respiratory rate are closely regulated when oxygen demand increases.

      There are two types of work conducted during respiration, flow-resistive and elastic work. Flow-resistive refers to the work of the alveoli and tissues in the lung, whereas elastic work refers to the work of the intercostal muscles, chest wall, and diaphragm. Increasing the respiration rate increases the flow-resistive work of the airways and decreases the elastic work of the muscles. Decreasing the respiratory rate reverses the type of work required.

      Tensioactif

      The air-tissue/water interface of the alveoli has a high surface tension. This surface tension is similar to the surface tension of water at the liquid-air interface of a water droplet that results in the bonding of the water molecules together. Tensioactif is a complex mixture of phospholipids and lipoproteins that works to reduce the surface tension that exists between the alveoli tissue and the air found within the alveoli. By lowering the surface tension of the alveolar fluid, it reduces the tendency of alveoli to collapse.

      Surfactant works like a detergent to reduce the surface tension and allows for easier inflation of the airways. When a balloon is first inflated, it takes a large amount of effort to stretch the plastic and start to inflate the balloon. If a little bit of detergent was applied to the interior of the balloon, then the amount of effort or work needed to begin to inflate the balloon would decrease, and it would become much easier to start blowing up the balloon. This same principle applies to the airways. A small amount of surfactant to the airway tissues reduces the effort or work needed to inflate those airways. Babies born prematurely sometimes do not produce enough surfactant. As a result, they suffer from respiratory distress syndrome, because it requires more effort to inflate their lungs. Surfactant is also important for preventing collapse of small alveoli relative to large alveoli.

      Lung Resistance and Compliance

      Pulmonary diseases reduce the rate of gas exchange into and out of the lungs. Two main causes of decreased gas exchange are conformité (how elastic the lung is) and la résistance (how much obstruction exists in the airways). A change in either can dramatically alter breathing and the ability to take in oxygen and release carbon dioxide.

      Exemples de restrictive diseases are respiratory distress syndrome and pulmonary fibrosis. In both diseases, the airways are less compliant and they are stiff or fibrotic. There is a decrease in compliance because the lung tissue cannot bend and move. In these types of restrictive diseases, the intrapleural pressure is more positive and the airways collapse upon exhalation, which traps air in the lungs. Forced or functional vital capacity (FVC), which is the amount of air that can be forcibly exhaled after taking the deepest breath possible, is much lower than in normal patients, and the time it takes to exhale most of the air is greatly prolonged (Figure 30.18). A patient suffering from these diseases cannot exhale the normal amount of air.

      Obstructive diseases and conditions include emphysema, asthma, and pulmonary edema. In emphysema, which mostly arises from smoking tobacco, the walls of the alveoli are destroyed, decreasing the surface area for gas exchange. The overall compliance of the lungs is increased, because as the alveolar walls are damaged, lung elastic recoil decreases due to a loss of elastic fibers, and more air is trapped in the lungs at the end of exhalation. Asthma is a disease in which inflammation is triggered by environmental factors. Inflammation obstructs the airways. The obstruction may be due to edema (fluid accumulation), smooth muscle spasms in the walls of the bronchioles, increased mucus secretion, damage to the epithelia of the airways, or a combination of these events. Those with asthma or edema experience increased occlusion from increased inflammation of the airways. This tends to block the airways, preventing the proper movement of gases (Figure 30.18). Those with obstructive diseases have large volumes of air trapped after exhalation and breathe at a very high lung volume to compensate for the lack of airway recruitment.

      Dead Space: V/Q Mismatch

      Pulmonary circulation pressure is very low compared to that of the systemic circulation. It is also independent of cardiac output. This is because of a phenomenon called recruitment, which is the process of opening airways that normally remain closed when cardiac output increases. As cardiac output increases, the number of capillaries and arteries that are perfused (filled with blood) increases. These capillaries and arteries are not always in use but are ready if needed. At times, however, there is a mismatch between the amount of air (ventilation, V) and the amount of blood (perfusion, Q) in the lungs. C'est ce qu'on appelle ventilation/perfusion (V/Q) mismatch.

      There are two types of V/Q mismatch. Both produce espace mort, regions of broken down or blocked lung tissue. Dead spaces can severely impact breathing, because they reduce the surface area available for gas diffusion. As a result, the amount of oxygen in the blood decreases, whereas the carbon dioxide level increases. Dead space is created when no ventilation and/or perfusion takes place. Espace mort anatomique or anatomical shunt, arises from an anatomical failure, while physiological dead space or physiological shunt, arises from a functional impairment of the lung or arteries.

      An example of an anatomical shunt is the effect of gravity on the lungs. The lung is particularly susceptible to changes in the magnitude and direction of gravitational forces. When someone is standing or sitting upright, the pleural pressure gradient leads to increased ventilation further down in the lung. As a result, the intrapleural pressure is more negative at the base of the lung than at the top, and more air fills the bottom of the lung than the top. Likewise, it takes less energy to pump blood to the bottom of the lung than to the top when in a prone position. Perfusion of the lung is not uniform while standing or sitting. This is a result of hydrostatic forces combined with the effect of airway pressure. An anatomical shunt develops because the ventilation of the airways does not match the perfusion of the arteries surrounding those airways. As a result, the rate of gas exchange is reduced. Note that this does not occur when lying down, because in this position, gravity does not preferentially pull the bottom of the lung down.

      A physiological shunt can develop if there is infection or edema in the lung that obstructs an area. This will decrease ventilation but not affect perfusion therefore, the V/Q ratio changes and gas exchange is affected.

      The lung can compensate for these mismatches in ventilation and perfusion. If ventilation is greater than perfusion, the arterioles dilate and the bronchioles constrict. This increases perfusion and reduces ventilation. Likewise, if ventilation is less than perfusion, the arterioles constrict and the bronchioles dilate to correct the imbalance.


      Caractéristique : Mythe contre réalité

      Noyade is defined as respiratory impairment from being in or under a liquid. It is further classified according to its outcome into: death, ongoing health problems, or no ongoing health problems (full recovery). Four hundred Canadians die annually from drowning, and drowning is one of the leading causes of death in children under the age of five. There are some potentially dangerous myths about drowning, and knowing what they are might save your life or the life of a loved one, especially a child.


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