Anatomie et Histologie de l'Appareil Respiratoire PDF

SÉQUENCE 2 CHAPITRE 1 Anatomie et histologie de l’appareil respiratoire Programme officiel de la séquence 2 Appareil respiratoire et échanges gazeux Capacités exigibles Notions et contenus...

SÉQUENCE 2 CHAPITRE 1 Anatomie et histologie de l’appareil respiratoire Programme officiel de la séquence 2 Appareil respiratoire et échanges gazeux Capacités exigibles Notions et contenus Activités technologiques supports de la formation Anatomie et histologie de l’appareil respiratoire Organisation de l’appareil respiratoire Identifier les organes dans la cavité thoracique et préciser leurs relations avec l’appareil cardio-vasculaire. Observation d’un bloc poumons-coeur. Histologie de la trachée, bronches, Relier la composition tissulaire des organes et leurs bronchioles fonctions. Barrière alvéolo-capillaire Identifier les éléments constituant la barrière alvéolo-capil- laire. Transport et échanges des gaz respira- Relier la structure de la barrière à sa fonction. toires Observations microscopiques de coupes histologiques. Nature et sens des échanges gazeux Transport du dioxygène dans le sang Justifier le sens de la diffusion des gaz : – entre l’air alvéolaire et le sang ; – entre le sang et les tissus. Facteurs modulant l’affinité de l’hémo- Citer les différentes formes de transport du dioxygène. globine pour le dioxygène Schématiser la structure moléculaire de l’hémoglobine et indiquer le site de fixation du dioxygène. Déduire des courbes de saturation de l’hémoglobine, la quantité de dioxygène fixée au niveau des poumons et celle libérée au niveau des tissus dans différentes conditions Interpréter l’influence du pH, du CO2 ou de la température sur le pourcentage de saturation de l’hémoglobine. Justifier l’intérêt de ces modulations lors de l’activité musculaire. Transport du dioxyde de carbone Comparer les formes de transport du dioxyde de carbone à celles de l’oxygène. Respiration cellulaire Production d’énergie Repérer les molécules consommées et produites lors de la Mitochondrie respiration cellulaire. Préciser la localisation du processus. CNED – PREMIÈRE – BIOLOGIE ET PHYSIOPATHOLOGIE HUMAINE 1  Capacités exigibles Notions et contenus Activités technologiques supports de la formation Techniques d’exploration de l’appareil respiratoire Radiographie, fibroscopie, scanographie, Présenter la technique de spirométrie. spirométrie Déterminer les volumes et capacités pulmonaires à partir d’un spirogramme. Montrer l’intérêt des différentes techniques pour le diagnostic des pathologies respiratoires. Utilisation de logiciels dédiés. Exemples de pathologie Asthme Repérer les signes cliniques. Identifier les facteurs de risques. Tabagisme Mettre en relation les mécanismes physiopathologiques avec les traitements et la prévention associée. Citer les principaux constituants de la fumée du tabac et préciser leurs effets physiopathologiques. Racines : bronch(o), laryng(o), nas(o), ox(o), -pnée, pneum(o), pulm(o), rhin(o), spir(o), traché(o). Termes médicaux : cyanose, expectorations, hémoptysie. Dans cette séquence nous allons répondre à deux problématiques : Comment les échanges gazeux sont-ils assurés dans l’organisme ? Nous étudierons l’anatomie et la physiologie de l’appareil respiratoire, dont les voies respiratoires approchent les 700 m de longueur afin d’amener les gaz respiratoires jusqu’aux zones des échanges gazeux au sein des poumons. Comment la composition de l’air affecte-t-elle la fonction respiratoire ? Mais si l’air est pollué ou s’il ne peut circuler normalement dans les voies respiratoires, des difficultés respiratoires apparaissent. Objectifs de connaissances Je sais définir appareil (en lien avec séquence 1 séance 1 niveaux d’organisation) et je sais nommer et identifier les organes de la cavité thoracique (annotation de schémas anatomiques de l’appareil respiratoire) ; Je connais les relations entre l’appareil respiratoire et l’appareil cardio-vasculaire : je sais par quels vaisseaux les poumons sont reliés au cœur ; Je sais définir circulation pulmonaire (en lien avec séquence Appareil cardio-vasculaire et circulation sanguine). Je connais l’histologie de la trachée, des bronches et des bronchioles ; sur des coupes histologiques, je sais replacer les différentes couches de la paroi et/ ou les tissus et je sais relier la composition des tissus des organes à leurs fonctions respectives ; Je sais localiser la barrière alvéolo-capillaire dans le tissu alvéolaire ; Je sais identifier les éléments constituant la barrière alvéolo-capillaire ; Je comprends et je sais relier la structure histologique de la barrière alvéolo-capillaire et sa fonction. 2 CNED – PREMIÈRE – BIOLOGIE ET PHYSIOPATHOLOGIE HUMAINE Introduction L’appareil respiratoire est composé d’un ensemble d’organes dont l’organisation anatomique et histologique est adaptée à leur fonction : la respiration. C’est une succession de conduits (tuyaux) qui permet d’acheminer l’air jusqu’aux organes de la respiration : les poumons. PARTIE 1 : Comment est organisé anatomiquement l’appareil respiratoire ? L’appareil respiratoire est un ensemble d’organes ou tissus, qui assurent la respiration c’est-à- dire les échanges de dioxygène et de dioxyde de carbone entre les cellules et le milieu extérieur. Sur le plan anatomique, l’appareil respiratoire s’organise en 2 grandes parties : les voies respiratoires ou aériennes qui conduisent l’air jusqu’aux zones d’échanges des poumons ; les poumons, organes de la respiration, lieu des échanges gazeux. 1. Les voies respiratoires a. Voies respiratoires extrapulmonaires (supérieures) Ce sont des conduits de grande section : l es fosses nasales, tapissées d’une muqueuse nasale : organisation adaptée à l’entrée de l’air dans les narines ; le pharynx : carrefour aéro-digestif (entre les voies respiratoires et les voies digestives) ; l e larynx : contenant les cordes vocales participant à la phonation. Il permet le passage de l’air du pharynx vers la trachée ; la trachée : tube maintenu ouvert et qui se situe en avant de l’œsophage. b. Voies respiratoires intrapulmonaires (inférieures) Les voies respiratoires intrapulmonaires se ramifient progressivement d’où le nom d’arbre bronchique. Il prend naissance dans les deux bronches souches (une par poumon), issues de la division de la trachée. Chaque bronche souche rentre dans un poumon, se ramifie en bronches lobaires (1 par lobe) puis en bronchioles qui apportent l’air au niveau de chaque lobule pulmonaire, groupe d’alvéoles correspondant 3 à un volume d’environ 1cm. Représentation schématique de l’appareil respiratoire en La trachée et les différentes divisions des bronches lien avec le cœur    CNED – PREMIÈRE – BIOLOGIE ET PHYSIOPATHOLOGIE HUMAINE 3 2. Les poumons Les poumons sont des sacs, spongieux et élastiques, de couleur gris-rosé (rosé chez le sujet jeune, gris en fonction de la pollution de l’air inhalé), s’étendant de chaque côté du médiastin, espace central occupé par le cœur, les vaisseaux, la trachée et l’œsophage. Chaque poumon est divisé en plusieurs lobes par des scissures : 3 lobes à droite, 2 lobes à gauche. Les lobes sont eux-mêmes divisés en unités fonctionnelles : les lobules pulmonaires (1 lobule = poumon miniature) chacun formé d’une bronchiole. Les poumons sont logés dans les deux cavités pleurales (occupant la presque totalité de la cavité thoracique). Chaque poumon est entouré par une membrane épithéliale = séreuses = la plèvre composée d’un feuillet viscéral qui adhère au poumon, d’un feuillet pariétal qui adhère à la paroi thoracique, les deux feuillets restant solidaires et pouvant glisser l’un par rapport à l’autre grâce au liquide situé entre les deux : le liquide pleural. 3. Quels sont les liens entre l’appareil respiratoire et l’appareil cardiovasculaire ? Les bronchioles respiratoires se terminent par de très nombreuses alvéoles pulmonaires (sacs creux). Les poumons sont des organes très irrigués. La circulation pulmonaire ou petite circulation assure un rôle fonctionnel car elle permet l’hématose du sang = le sang arrive aux poumons par 2 artères pulmonaire (sang non hématosé, riche en dioxyde de carbone et pauvre en dioxygène) et après s’être hématosé, il repart des poumons à destination des organes par 4 veines pulmonaires (sang hématosé enrichi en dioxygène et appauvri en dioxyde de carbone). Relations vasculaires cœur/poumons PARTIE 2 : Comment est organisé histologiquement l’appareil respiratoire ? 1. Histologie des voies aériennes La paroi des voies respiratoires est formée de différentes tuniques (couches) dont la composition et la répartition varient de la trachée à la bronchiole afin de s’adapter au mieux au diamètre des voies aériennes et à leur fonction. De la lumière à l’extérieur on distingue : une muqueuse, composée d’un tissu épithélial et d’un tissu conjonctif situé dessous et qui nourrit l’épithélium. 4 CNED – PREMIÈRE – BIOLOGIE ET PHYSIOPATHOLOGIE HUMAINE  → dans les fosses nasales et la trachée l’épithélium comprend des cellules ciliées nombreuses associées à des cellules caliciformes productrices de mucus. → dans l’arbre bronchique le tissu épithélial est de plus en plus fin et contient de moins en moins de cellules caliciformes et de cellules ciliées, spécialisation absentes dans les bronchioles. une sous-muqueuse, qui sécrète également du mucus, et qui présente dans les bronches et les bronchioles une couche de muscles lisses circulaire capables de bronchoconstriction (diminution du diamètre des bronches opu bronchioles) ou bronchodilatation (augmentation du diamètre des bronches ou bronchioles) pour réguler la quantité d’air en fonction des besoins. une couche cartilagineuse composée → d’anneaux cartilagineux (16 à 20) reliés aux deux extrémités par un muscle trachéal et qui assurent la rigidité de la trachée → de plaques cartilagineuses discontinues mais réparties sur toute la circonférence de la bronche. → le cartilage est absent dans la bronchiole un adventice, composée de tissu conjonctif (fibro-adipeux) protecteur. Coupe histologique de la trachée Coupe transversale de la paroi bronchique Représentation schématique de la zone respiratoire    CNED – PREMIÈRE – BIOLOGIE ET PHYSIOPATHOLOGIE HUMAINE 5 2. Fonctions des voies aériennes La muqueuse des voies respiratoires permet : d’assurer le nettoyage permanent de l’air inspiré : les cellules épithéliales ciliées de la muqueuse permettent, par les battements coordonnés de leurs cils, le déplacement des « boules » de mucus ayant piégé les poussières, les bactéries…. (contenues dans l’air inspiré) et les cellules mortes. Ces boules de mucus remontent l’arbre bronchique puis la trachée et arrivées au niveau du pharynx elles seront dégluties dans l’œsophage. d’humidifier l’air inspiré préalablement purifié grâce au rôle des glandes séro-muqueuses sécrétrices de mucus. de réchauffer l’air inspiré (la muqueuse nasale augmente la surface exposée à l’air) Ainsi de par leurs particularités les voies aériennes amènent l’air jusqu’aux alvéoles pulmonaires ou se dérouleront les échanges gazeux. PARTIE 3 : Quelle est l’organisation histologique de la structure qui permet les échanges gazeux avec l’appareil cardiovasculaire ? Les modifications histologiques qui surviennent dans la division des bronches en bronchioles reflètent le changement de leurs fonctions : la trachée et les bronches sont les voies de conduction de l’air les bronchioles deviennent une zone respiratoire 1. Histologie de la paroi alvéolaire Les alvéoles pulmonaires sont séparées les unes des autres par une paroi alvéolaire d’environ trois micromètres d’épaisseur. Cette paroi est composée d’un épithélium alvéolaire, mince, formé de deux types de cellules : les pneumocytes I : petites cellules, liés entre elles, formant la paroi de l’alvéole et recouvrant à peu près 90% de la surface des alvéoles ; les pneumocytes II : grandes cellules isolées, se trouvant entre les pneumocytes I qui sécrètent une substance tensioactive, le surfactant Représentation schématique de la paroi alvéolaire qui recouvre la surface interne des alvéoles = il crée un film qui tapisse les alvéoles ce qui les maintient en position ouverte à l’expiration ce qui réduit le travail respiratoire (empêchant leur affaissement (collapsus) à l’expiration). Entre les cellules épithéliales se trouve du tissu conjonctif riche en fibres élastiques et en capillaires sanguins. Cet épithélium alvéolaire, mince, est fragile donc des macrophages se déplacent à la surface de la lumière des alvéoles pour phagocyter les bactéries, virus, contenues dans les particules les plus fines de l’air inspiré. 6 CNED – PREMIÈRE – BIOLOGIE ET PHYSIOPATHOLOGIE HUMAINE 2. Histologie de la barrière alvéolo-capillaire On appelle barrière alvéolo-capillaire la structure responsable des échanges de gaz respiratoires et donc de la respiration. Elle représente l’unité fonctionnelle respiratoire. Elle est composée (de l’alvéole au capillaire sanguin) : — d’un film (couche) de surfactant recouvrant l’alvéole pulmonaire ; — d’un pneumocyte I ; — d’une lame basale résultant de la fusion des membranes basales du pneumocyte I et de l’endothé- lium du capillaire sanguin ; — d’une cellule endothéliale du capillaire sanguin. 3. Pourquoi l’ultrastructure de la barrière alvéolo-capillaire est-elle particulièrement bien adaptée à sa fonction ? La barrière alvéolo-capillaire doit être suffisamment perméable pour assurer la diffusion maximale des gaz respiratoires. Elle doit pour cela être la plus mince possible, et être dépourvue d’éléments susceptibles de freiner ou d’empêcher la diffusion. Sa structure histologique est adaptée à sa fonction d’échanges de gaz. En effet elle présente une grande finesse : épaisseur de la barrière alvéolo-capillaire de l’ordre de 0,2 µm, (à comparer avec les 7 µm du diamètre moyen d’un globule rouge ou encore aux 50 µm de l’épaisseur d’une feuille de papier qu’il faudrait donc pouvoir découper en 250 tranches d’épaisseur égale pour visualiser l’épaisseur de la paroi alvéolaire) ; une surface immense: On dénombre environ 300 000 000 d’alvéoles par poumon ce qui représente une surface immense estimée à 80 m2 (presque la surface d’un court de tennis) pour les poumons de l’homme. une résistance importante à la déformation et une grande élasticité (les alvéoles subissent des cycles de distension-relâchement plus de 20.000 fois par jour). Terminologie medicale Préfixes bronch(o)-, nas(o)-, rhin(o)- , laryng(o)-, pulm(o)-, pneum(o)- Représentation schématique de l'appareil respiratoire en lien avec le cœur Termes médicaux : bronchoconstriction, bronchodilatation CNED – PREMIÈRE – BIOLOGIE ET PHYSIOPATHOLOGIE HUMAINE 7 8 CNED – PREMIÈRE – BIOLOGIE ET PHYSIOPATHOLOGIE HUMAINE