Anatomie et physiologie II

Au repos, le système respiratoire remplit ses fonctions à un rythme constant, régulé par les centres respiratoires du cerveau. À ce rythme, la ventilation fournit suffisamment d’oxygène à tous les tissus de l’organisme. Cependant, il arrive que le système respiratoire doive modifier le rythme de ses fonctions afin de répondre aux demandes en oxygène de l’organisme.

Hypnée

L’hyperpnée est une augmentation de la profondeur et du rythme de la ventilation pour répondre à une augmentation de la demande en oxygène telle qu’elle pourrait être observée lors d’un exercice ou d’une maladie, en particulier les maladies qui ciblent les voies respiratoires ou digestives. Cela ne modifie pas de manière significative les niveaux d’oxygène ou de dioxyde de carbone dans le sang, mais augmente simplement la profondeur et le taux de ventilation pour répondre à la demande des cellules. A l’inverse, l’hyperventilation est une augmentation du taux de ventilation indépendante des besoins cellulaires en oxygène et qui entraîne un taux de dioxyde de carbone sanguin anormalement bas et un pH sanguin élevé (alcalin).

Il est intéressant de noter que l’exercice physique ne provoque pas d’hyperpnée comme on pourrait le penser. Les muscles qui effectuent un travail pendant l’exercice augmentent effectivement leur demande en oxygène, stimulant une augmentation de la ventilation. Cependant, l’hyperpnée pendant l’exercice semble se produire avant qu’une baisse des niveaux d’oxygène dans les muscles puisse se produire. Par conséquent, l’hyperpnée doit être provoquée par d’autres mécanismes, à la place ou en plus d’une baisse du taux d’oxygène. Les mécanismes exacts de l’hyperpnée d’effort ne sont pas bien compris, et certaines hypothèses sont quelque peu controversées. Cependant, en plus d’un faible taux d’oxygène, d’un taux élevé de dioxyde de carbone et d’un pH bas, il semble y avoir une interaction complexe de facteurs liés au système nerveux et aux centres respiratoires du cerveau.

Tout d’abord, une décision consciente de faire de l’exercice, ou une autre forme d’effort physique, entraîne un stimulus psychologique qui peut déclencher les centres respiratoires du cerveau pour augmenter la ventilation. En outre, les centres respiratoires du cerveau peuvent être stimulés par l’activation des neurones moteurs qui innervent les groupes de muscles impliqués dans l’activité physique. Enfin, l’effort physique stimule les propriocepteurs, qui sont des récepteurs situés dans les muscles, les articulations et les tendons, qui perçoivent le mouvement et l’étirement ; les propriocepteurs créent ainsi un stimulus qui peut également déclencher les centres respiratoires du cerveau. Ces facteurs neuronaux sont cohérents avec l’augmentation soudaine de la ventilation qui est observée immédiatement après le début de l’exercice. Puisque les centres respiratoires sont stimulés par des entrées psychologiques, de motoneurones et de propriocepteurs tout au long de l’exercice, le fait qu’il y ait également une diminution soudaine de la ventilation immédiatement après la fin de l’exercice, lorsque ces stimuli neuronaux cessent, soutient encore plus l’idée qu’ils sont impliqués dans le déclenchement des changements de ventilation.

Effets de la haute altitude

Une augmentation de l’altitude entraîne une diminution de la pression atmosphérique. Bien que la proportion d’oxygène par rapport aux gaz présents dans l’atmosphère reste à 21 %, sa pression partielle diminue (voir tableau 1). Par conséquent, il est plus difficile pour un organisme d’atteindre le même niveau de saturation en oxygène à haute altitude qu’à basse altitude, en raison de la baisse de la pression atmosphérique. En fait, la saturation en hémoglobine est plus faible en haute altitude qu’au niveau de la mer. Par exemple, la saturation en hémoglobine est d’environ 67 % à 19 000 pieds au-dessus du niveau de la mer, alors qu’elle atteint environ 98 % au niveau de la mer.

Tableau 1. Pression partielle de l’oxygène à différentes altitudes
Lieu de l’exemple	Altitude (pieds au-dessus du niveau de la mer)	Pression atmosphérique (mm Hg)	Pression partielle de l’oxygène (mm Hg)
New York City, New York	0	760	159
Boulder, Colorado	5000	632	133
Aspen, Colorado	8000	565	118
Pike’s Peak, Colorado	14 000	447	94
Denali (Mt. McKinley, Alaska	20 000	350	73
Mt. Everest, Tibet	29 000	260	54

Comme vous vous en souvenez, la pression partielle est extrêmement importante pour déterminer la quantité de gaz qui peut traverser la membrane respiratoire et entrer dans le sang des capillaires pulmonaires. Une pression partielle d’oxygène plus faible signifie qu’il y a une plus petite différence de pressions partielles entre les alvéoles et le sang, donc moins d’oxygène traverse la membrane respiratoire. Par conséquent, moins de molécules d’oxygène sont liées à l’hémoglobine. Malgré cela, les tissus de l’organisme reçoivent toujours une quantité suffisante d’oxygène pendant le repos en haute altitude. Ceci est dû à deux mécanismes majeurs. Premièrement, le nombre de molécules d’oxygène qui pénètrent dans les tissus à partir du sang est presque égal entre le niveau de la mer et les hautes altitudes. Au niveau de la mer, la saturation de l’hémoglobine est plus élevée, mais seulement un quart des molécules d’oxygène sont effectivement libérées dans les tissus. En haute altitude, une plus grande proportion de molécules d’oxygène est libérée dans les tissus. Deuxièmement, à haute altitude, une plus grande quantité de BPG est produite par les érythrocytes, ce qui favorise la dissociation de l’oxygène de l’hémoglobine. Les efforts physiques, tels que le ski ou la randonnée, peuvent entraîner le mal de l’altitude en raison de la faible quantité de réserves d’oxygène dans le sang à haute altitude. Au niveau de la mer, le sang veineux contient une grande quantité d’oxygène (même si le sang veineux est considéré comme « désoxygéné ») dans laquelle les muscles peuvent puiser pendant l’effort physique. Comme la saturation en oxygène est beaucoup plus faible en altitude, cette réserve veineuse est réduite, ce qui entraîne des symptômes pathologiques de faible taux d’oxygène dans le sang. Vous avez peut-être entendu dire qu’il est important de boire plus d’eau lorsque vous voyagez à des altitudes plus élevées que celles auxquelles vous êtes habitué. En effet, votre organisme va augmenter la miction (émission d’urine) à haute altitude pour contrebalancer les effets de la baisse du taux d’oxygène. En éliminant les fluides, les niveaux de plasma sanguin diminuent, mais pas le nombre total d’érythrocytes. De cette façon, la concentration globale d’érythrocytes dans le sang augmente, ce qui aide les tissus à obtenir l’oxygène dont ils ont besoin.

Le mal aigu des montagnes (MAM), ou mal des montagnes, est une condition qui résulte d’une exposition aiguë à de hautes altitudes en raison d’une faible pression partielle d’oxygène à haute altitude. Le MAM peut généralement se produire à 2400 mètres (8000 pieds) au-dessus du niveau de la mer. L’AMS est le résultat d’un faible taux d’oxygène dans le sang, car l’organisme a de grandes difficultés à s’adapter à la faible pression partielle d’oxygène. Dans les cas graves, le MSA peut provoquer un œdème pulmonaire ou cérébral. Les symptômes du syndrome de fatigue aiguë sont les suivants : nausées, vomissements, fatigue, étourdissements, somnolence, désorientation, augmentation du pouls et saignements de nez. Le seul traitement du SAM consiste à redescendre à une altitude plus basse ; toutefois, les traitements pharmacologiques et l’oxygène d’appoint peuvent améliorer les symptômes. Le SMA peut être prévenu en montant lentement jusqu’à l’altitude souhaitée, en permettant au corps de s’acclimater, ainsi qu’en maintenant une hydratation adéquate.

Acclimatation

En particulier dans les situations où l’ascension se produit trop rapidement, le fait de voyager dans des zones de haute altitude peut provoquer un SMA. L’acclimatation est le processus d’ajustement que le système respiratoire effectue en raison d’une exposition chronique à une altitude élevée. Au fil du temps, l’organisme s’adapte à la pression partielle d’oxygène plus faible. La faible pression partielle d’oxygène en haute altitude entraîne une baisse du niveau de saturation en oxygène de l’hémoglobine dans le sang. Par conséquent, les niveaux d’oxygène dans les tissus sont également plus faibles. En conséquence, les reins sont incités à produire l’hormone érythropoïétine (EPO), qui stimule la production d’érythrocytes, ce qui se traduit par un plus grand nombre d’érythrocytes en circulation chez un individu se trouvant à haute altitude sur une longue période. Avec plus de globules rouges, il y a plus d’hémoglobine pour aider à transporter l’oxygène disponible. Même si la saturation de chaque molécule d’hémoglobine est faible, il y aura plus d’hémoglobine présente, et donc plus d’oxygène dans le sang. Avec le temps, cela permet à la personne de participer à des efforts physiques sans développer de MSA.

Revue de chapitre

Normalement, les centres respiratoires du cerveau maintiennent un cycle respiratoire cohérent et rythmé. Cependant, dans certains cas, le système respiratoire doit s’adapter aux changements situationnels afin d’alimenter le corps en oxygène en quantité suffisante. Par exemple, l’exercice physique entraîne une augmentation de la ventilation, et l’exposition chronique à une altitude élevée entraîne une augmentation du nombre d’érythrocytes en circulation. L’hyperpnée, une augmentation du taux et de la profondeur de la ventilation, semble être une fonction de trois mécanismes neuronaux qui incluent un stimulus psychologique, l’activation des neurones moteurs des muscles squelettiques et l’activation des propriocepteurs dans les muscles, les articulations et les tendons. Par conséquent, l’hyperpnée liée à l’exercice est initiée lorsque l’exercice commence, par opposition au moment où la demande en oxygène des tissus augmente réellement.

En revanche, l’exposition aiguë à une altitude élevée, en particulier pendant les périodes d’effort physique, entraîne effectivement de faibles niveaux d’oxygène dans le sang et les tissus. Ce changement est causé par une faible pression partielle d’oxygène dans l’air, car la pression atmosphérique en haute altitude est inférieure à celle du niveau de la mer. Cela peut conduire à un état appelé mal aigu des montagnes (MAM), dont les symptômes comprennent des maux de tête, une désorientation, de la fatigue, des nausées et des vertiges. Sur une longue période, le corps d’une personne s’adaptera à la haute altitude, un processus appelé acclimatation. Pendant l’acclimatation, les faibles niveaux d’oxygène dans les tissus amènent les reins à produire de plus grandes quantités d’érythropoïétine, une hormone qui stimule la production d’érythrocytes. L’augmentation des niveaux d’érythrocytes en circulation fournit une quantité accrue d’hémoglobine qui aide à fournir à un individu plus d’oxygène, prévenant ainsi les symptômes de l’AMS.

Autocontrôle

Réponds à la ou aux questions ci-dessous pour voir dans quelle mesure tu comprends les sujets abordés dans la section précédente.

Glossaire

Maladies aiguës des montagnes (MAM) : état qui survient à la suite d’une exposition aiguë à la haute altitude en raison d’une faible pression partielle d’oxygène

acclimatation : processus d’ajustement que le système respiratoire effectue en raison d’une exposition chronique à de hautes altitudes

hyperpnée : augmentation de la vitesse et de la profondeur de la ventilation due à une augmentation de la demande en oxygène qui ne modifie pas de manière significative les niveaux d’oxygène ou de dioxyde de carbone dans le sang

hyperventilation : augmentation de la vitesse de ventilation qui conduit à des niveaux anormalement bas de dioxyde de carbone dans le sang et à un pH sanguin élevé (alcalin)

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