ROLES RESPIRATOIRES

D'un point de vue fonctionnel, le système respiratoire peut se scinder en trois parties : une portion conductrice, une région respiratoire et un mécanisme de ventilation. Ces fonctions fournissent l'oxygène issu de l'air et élimine le dioxyde de carbone du torrent sanguin.

La portion conductrice du système est constituée du nasopharynx et de l'arbre trachéo- bronchique. Cette portion sert à transporter l'air inspiré au niveau de la région respiratoire des poumons. Durant ce transport, elle assure le réchauffement, l'humidification et la filtration de l'air. L'anatomie et les autres caractéristiques de cette région, telles que l'hétérogénéité cellulaire étudiée précédemment, affectent grandement la distribution et les effets toxiques des substances inhalées.

La portion respiratoire du système comprend le parenchyme pulmonaire dont la fonction majeure est l'échange gazeux.

Les constituants du système ventilatoire sont la cage thoracique, les muscles intercostaux, le diaphragme et le tissu conjonctif élastique des poumons qui agissent en synergie pour transporter l'air à l'intérieur de l'appareil respiratoire.

4.1.1. Portion conductrice

La région naso-pharyngée purifie l’air inspiré grâce à l’épithélium respiratoire pseudo- stratifié pourvu de cellules ciliées et à mucus (les grosses particules présentes dans l’air inhalé sont éliminées), le réchauffe grâce à ses plexus vasculaires sous-muqueux (adaptation de l’air inhalé à la température du corps) et enfin l’humidifie (saturation en vapeur d'eau) grâce à l’évaporation du mucus et du produit de sécrétion des glandes nasales. Cette humidification de l'air par l'épithélium respiratoire est essentielle au maintien des capacités olfactives, d'une respiration efficace avec échange de l'oxygène et du dioxyde de carbone et d'une activité ciliaire adéquate.

La structure des cornets nasaux affecte le dépôt des particules et la distribution des gaz inhalés dans la cavité nasale. Ceci sera étudié ultérieurement (paragraphe 6).

Le pharynx et le larynx agissent ensemble pour permettre le passage des aliments solides et des liquides tout en fournissant un espace suffisant pour permettre le passage de l'air durant la respiration.

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Le larynx protège les voies aérophores par la fermeture de l’épiglotte lors de la déglutition pour éviter les fausses routes et par le réflexe de toux afin de rejeter les corps étrangers. De plus, il régule le débit respiratoire en modulant la quantité d’air inspiré et expiré grâce à sa déformabilité (le larynx est assimilé à une « troisième narine »).

4.1.2. Echanges gazeux

Bien qu'il existe de considérables différences entre les espèces au niveau de l'anatomie macroscopique et microscopique du système respiratoire, les principes généraux impliqués dans les échanges gazeux sont identiques.

L'appareil respiratoire est constitué par l’ensemble des organes dévolus aux échanges gazeux entre le sang et le milieu extérieur permettant la restauration gazeuse du sang nommée hématose. Cette fonction principale des poumons prend place au niveau de l'ensemble de la surface alvéolaire (85). Dans cette région, la structure des poumons leur permet d'assurer ses rôles fondamentaux : apporter de l'oxygène à l'ensemble des organes et tissus de l'organisme et éliminer son produit de déchet le plus important, le dioxyde de carbone.

Trois processus sont impliqués pour assurer ce mécanisme : la ventilation, la perfusion et la diffusion des gaz à travers la barrière air-sang.

La ventilation est accomplie par le déplacement de l'air depuis le système respiratoire supérieur (passages nasaux et larynx) vers les conduits aérifères puis la zone alvéolaire.

Les poumons sont continuellement perfusés par le sang provenant du ventricule droit du cœur grâce à l'artère pulmonaire. Les poumons sont les seuls organes qui reçoivent, à n'importe quel moment donné, l'intégralité du débit cardiaque.

Les alvéoles constituent les principaux sites d'absorption des toxiques gazeux ou volatils. Elles sont séparées entre elles par une fine cloison occupée en grande partie par les capillaires pulmonaires afin de faciliter les échanges gazeux. La minceur de l'espace séparant l'air alvéolaire enrichi en oxygène du sang enrichi en dioxyde de carbone permet à l'hématose de s'effectuer (246, 247). Dans cette zone alvéolaire, l'oxygène et le dioxyde de carbone traversent la barrière air-sang par diffusion. Il en résulte que le sang veineux, qui est transporté jusqu'aux poumons à partir du cœur droit, libère le dioxyde de carbone et s'enrichit en oxygène.

Dans le but d'atteindre l'hémoglobine située dans les globules rouges, l'oxygène doit traverser les cellules épithéliales pulmonaires et leur membrane basale, l'interstitium, le cytoplasme et la membrane basale des cellules endothéliales capillaires, une fine couche de plasma et au final la membrane des hématies. Une fois lié à l'hémoglobine, l'oxygène est alors distribué vers les tissus.

Le dioxyde de carbone suit le même trajet mais dans la direction inverse.

Il est à noter que plus la surface d'échange est étendue, plus grande est la zone disponible pour la diffusion de l'oxygène. De même, plus la barrière air-sang est fine, plus la résistance à la diffusion de l'oxygène est faible et plus grande sera la quantité d'oxygène transportée par l'hémoglobine. Tout processus qui augmente l'épaisseur de l'une des couches

consécutives de la barrière de tissu air-sang peut compromettre la diffusion adéquate de l'oxygène et l'échange gazeux.

Par exemple, les substances toxiques aériennes sont capables de causer de nombreuses lésions au niveau de cette région d'échange gazeux et d'augmenter possiblement l'épaisseur du revêtement épithélial ou de modifier la perméabilité provoquant ainsi un afflux de fluides cellulaires ou acellulaires dans les espaces alvéolaires. De tels changements peuvent avoir des effets nocifs sur les échanges gazeux.

Un grand nombre d'autres processus anormaux peuvent épaissir le septum alvéolaire et affecter la diffusion de l'oxygène vers les hématies. Il s'agit souvent de la conséquence de l'accumulation anormale de constituants tissulaires dans l'espace interstitiel causée par une prolifération des cellules interstitielles. La synthèse et le dépôt accru de substances extra- cellulaires telles que le collagène ou l'accumulation interstitielle d'un fluide d'œdème ont des conséquences similaires (cf 3ème partie, paragraphe 2).