L'appareil respiratoire

Chez les Mammifères, l'air atmosphérique est réchauffé et humidifié dans la cavité nasale. L'air descend ensuite le pharynx, traverse la trachée et pénètre dans les poumons. Dans les poumons, l'air passe à travers les bronches ramifiées pour atteindre les bronchioles respiratoires, qui abritent le premier site d'échange gazeux. Les bronchioles respiratoires s'ouvrent dans les canaux alvéolaires, les sacs alvéolaires et les alvéoles. Parce qu'il y a énormément d'alvéoles et de sacs alvéolaires dans le poumon, la surface d'échange de gaz est très grande. 

Chez les humains, la membrane respiratoire présente une surface totale de près de 200 m², et afin de pouvoir se loger dans l'intérieur du corps, elle affecte la forme d'une multitude de petits ballons microscopiques (1700 à 1800 millions) qui s'agglomèrent ensemble et forment justement ces deux grosses masses spongieuses que sont les poumons. Ces petits ballons ou alvéoles pulmonaires mesurent seulement 1/ à 1/8 de millimètre de diamètre; ils communiquent les uns avec les autres et sont tous remplis de l'air qui leur parvient par la trachée et les bronches.

Appareil respiratoire chez l'humain : a (1, 2, 3), cornets; b, nez; e, bouche; d, épiglotte; e, oesophage; f, langue; q, trachée; h, bronches.; p, poumons.

En dehors des voies respiratoires proprement dites, plusieurs autres organes participent au phénomène de la respiration. Il s'agit des veines et artères pulmonaires et bronchiques, des plèvres qui sont les sacs séro-mebraneux dans lesquels sont enveloppés les poumons, et divers muscles. Les principaux inspiration sont le diaphragme, le muscle sterno-cléido-mastoïdien, les muscles scalènes et les intercostaux. Ceux impliqués dans l'expiration sont, notamment : les muscles abdominaux et les intercostaux internes.

Échange de gaz à travers les surfaces respiratoires.
Les poumons peuvent contenir un grand volume d'air, mais ils ne sont généralement pas remplis à leur capacité maximale. Les mesures du volume pulmonaire comprennent le volume courant, le volume de réserve expiratoire, le volume de réserve inspiratoire et le volume résiduel. La somme de ces derniers est égale à la capacité pulmonaire totale. Le mouvement du gaz dans ou hors des poumons dépend de la pression du gaz. L'air est un mélange de gaz; par conséquent, la pression partielle de chaque gaz peut être calculée pour déterminer comment le gaz s'écoulera dans le poumon. La différence entre la pression partielle du gaz dans l'air entraîne l'oxygène dans les tissus et le dioxyde de carbone hors du corps.

Respiration.
La structure des poumons et de la cavité thoracique contrôlent la mécanique de la respiration.

• Lors de l'inspiration, le diaphragme se contracte et s'abaisse. Les muscles intercostaux se contractent et élargissent la paroi thoracique vers l'extérieur. La pression intrapleurale chute, les poumons se dilatent et l'air est aspiré dans les voies respiratoires. 

• Lors de l'expiration, les muscles intercostaux et le diaphragme se relâchent, ramenant la pression intrapleurale à l'état de repos. Les poumons reculent et les voies respiratoires se ferment. L'air sort passivement du poumon. Il y a une tension superficielle élevée à l'interface air-voies respiratoires dans le poumon. Le surfactant pulmonaire, un mélange de phospholipides et de lipoprotéines, agit comme un détergent dans les voies respiratoires pour réduire la tension superficielle et permettre l'ouverture des alvéoles.

• Si la compliance pulmonaire diminue, comme cela se produit dans les maladies restrictives comme la fibrose, les voies respiratoires se raidissent et s'effondrent à l'expiration. L'air est emprisonné dans les poumons, ce qui rend la respiration plus difficile. 

• Si la résistance augmente, comme se produit avec l'asthme ou l'emphysème, les voies respiratoires sont obstruées, emprisonnant l'air dans les poumons et rendant la respiration difficile. 

Transport de gaz dans les fluides corporels humains.
L'hémoglobine est une protéine présente dans les globules rouges qui comprend deux sous-unités alpha et deux bêta qui entourent un groupe hémique contenant du fer. L'oxygène lie facilement ce groupe hémique. La capacité de l'oxygène à se lier augmente à mesure que davantage de molécules d'oxygène sont liées à l'hème. Les états pathologiques et les conditions altérées dans le corps peuvent affecter la capacité de liaison de l'oxygène et augmenter ou diminuer sa capacité à se dissocier de l'hémoglobine. 

Le dioxyde de carbone peut être transporté dans le sang via trois méthodes. Il est dissous directement dans le sang, lié aux protéines plasmatiques ou à l'hémoglobine, ou converti en bicarbonate. 

La majorité du dioxyde de carbone est transportée dans le cadre du système de bicarbonate. Le dioxyde de carbone se diffuse dans les globules rouges. À l'intérieur, l'anhydrase carbonique convertit le dioxyde de carbone en acide carbonique (H₂CO₃), qui est ensuite hydrolysé en bicarbonate (HCO₃) et H +. L'ion H + se lie à l'hémoglobine dans les globules rouges et le bicarbonate est transporté hors des globules rouges en échange d'un ion chlorure. C'est ce qu'on appelle le changement de chlorure. Le bicarbonate quitte les globules rouges et pénètre dans le plasma sanguin. Dans les poumons, le bicarbonate est transporté dans les globules rouges en échange de chlorure. Le H + se dissocie de l'hémoglobine et se combine avec le bicarbonate pour former de l'acide carbonique à l'aide de l'anhydrase carbonique, qui catalyse encore la réaction pour reconvertir l'acide carbonique en dioxyde de carbone et en eau. Le dioxyde de carbone est ensuite expulsé des poumons.