Comment fonctionne la respiration ?

Respirer est un phénomène naturel, automatique, réflexe, et essentiel pour vivre. Sa principale fonction : fournir de l’oxygène à l’organisme et se débarrasser du gaz carbonique. C’est donc un processus indispensable lors de l’effort physique : nos muscles ont besoin d’oxygène et doivent contrer l’installation de l’acidose pour optimiser nos performances.

Il ne s’agit pas décrire le rôle de chaque organe du système respiratoire. Retenez seulement les principaux organes de ce système : le nez, le pharynx, le larynx, la trachée, l’arbre bronchique, les alvéoles (principaux sièges des échanges de gaz), les poumons et la plèvre.

La mécanique de la respiration ou ventilation pulmonaire

La ventilation pulmonaire se décompose en deux temps :

• l’inspiration: mouvements actifs dus à la contraction du diaphragme et des muscles intercostaux, ce qui augmente le volume de la cage thoracique. L’air engouffré dans les poumons élève les côtes et le thorax, et abaisse le diaphragme.
• l’expiration : mouvements passifs dus au relâchement des muscles inspiratoires, et à la rétractation des poumons, ce qui permet de faire sortir les gaz carboniques et ainsi faire entrer un « nouvel air » plus oxygéné : abaissement des côtes et du sternum, et élévation du diaphragme.

On doit inspirer en transférant l’air du ventre dans les poumons, et inversement lors de l’expiration, on vide l’air des poumons en premier. Mais attention, il est fréquent de voir le contraire.

Effets de l’effort physique

La respiration s’adapte à la durée et à l’intensité de l’effort. Lors de l’exercice physique, elle s’accélère et devient plus profonde. Au début de l’effort, la respiration s’accroit brutalement. L’athlète doit donc faire face au « déficit d’oxygène » le temps que la respiration se « stabilise ». Une fois stabilisée, elle augmente progressivement. A l’arrêt de l’exercice, la ventilation diminue soudainement.

Par exemple : Au début de l’effort,  l’athlète passera brutalement de 60 pulsations par minute au repos à 140 pulsations par minute; ensuite progressivement, il pourra atteindre 160 pulsations par minute, vitesse à laquelle il aura programmé son entraînement.

Attention à ne pas confondre « déficit » et « dette » d’oxygène !! Le déficit fait référence au fait de pallier le manque d’oxygène du début de l’exercice. La dette souligne la quantité d’oxygène consommée en excès lors de la période de récupération.

Echanges et transport des gaz respiratoires

Lors des échanges des gaz respiratoires [à savoir l’oxygène (O2) et le gaz carbonique (CO2)], il est important de dissocier la respiration externe et la respiration interne.

• La respiration externe correspond aux échanges d’oxygène et de gaz carbonique à travers la membrane alvéolo-capilaire dans les poumons. Elle permet à l’oxygène d’entrer dans les capillaires pulmonaires en s’associant à l’hémoglobine ;  et le gaz carbonique se sépare du sang et entre dans les alvéoles.
• La respiration interne correspond aux mouvements de gaz entre les capillaires systémiques (en relation avec tout l’organique dont le système cardio-vasculaire) et les tissus (les cellules musculaires). Le gaz carbonique entre dans le sang et l’oxygène en sort pour pénétrer dans les tissus, afin de les alimenter en oxygène (appelé « effet Bohr »).

Comment est transporté l’oxygène et le gaz carbonique ?

L’oxygène est transporté par les globules rouges sous forme de complexe avec l’hémoglobine (appelé oxyhémoglobine). Tandis que le gaz carbonique est transporté sous forme de gaz dissout dans le plasma et principalement sous forme de complexe avec l’hémoglobine. En résumé, le sang est le principal transporteur des échanges gazeux.

Pourquoi l’oxygène se dissocie de l’hémoglobine ?

L’oxygène se dissocie de l’hémoglobine pour libérer plus d’oxygène aux tissus (les cellules musculaires). Le gaz carbonique s’associe alors à l’hémoglobine où sa pression est la plus élevée. Ce processus s’appelle « effet Bohr ». L’effet inverse est appelé « l’effet Haldane ».

Ce phénomène « effet Bohr » est accéléré dans l’effort physique, car la dissociation oxygène-hémoglobine est influencée par la hausse de température, l’augmentation de la pression artérielle et/ou la diminution du pH sanguin. La dissociation de l’oxygène du sang peut paraître paradoxale, mais elle permet d’irriguer les cellules des muscles en oxygène qui eux-mêmes en ont besoin, pour faire face aux lactates.

En résumé, plus l’exercice sera intense, plus la saturation de l’oxygène avec l’hémoglobine augmentera, ce qui accélèrera l’effet Bohr pour vite alimenter les tissus en oxygène. Mais il ne faut pas oublier qu’à un moment donné, si l’effort est très long et intense, l’oxygène  « venant de l’effet Bohr » ne sera plus suffisant pour alimenter les muscles. La baisse du pH sanguin ne pourra plus se rétablir, ce qui créera des lactates.

La respiration est donc un phénomène complexe en interaction étroite avec d’autres systèmes, notamment avec le système cardio-vasculaire et musculaire. Lors de l’effort physique, les muscles consomment de manière excessive l’oxygène et produisent des gaz carboniques. Ainsi, dès que l’effort physique s’intensifie, la fréquence respiratoire augmente en concomitance de la fréquence cardiaque pour apporter l’oxygène nécessaire aux muscles et éliminer le gaz carbonique du sang, afin de maintenir son équilibre acido-basique.