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Respirer est un phénomène naturel, automatique, réflexe, et essentiel pour vivre. La principale fonction du système respiratoire est de fournir de l’oxygène à l’organisme et de se débarrasser du gaz carbonique ; 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. Mais comment fonctionne le système respiratoire ? Comment apporte-t-il l’oxygène à nos muscles ?

Atmung des MenschenDans cet article, nous ne décrierons pas le rôle de chaque organe du système respiratoire (A connaître 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). Nous mettrons en exergue le mécanisme de la respiration et son rôle important dans le transport des gaz respiratoires dans le sang, tout en faisant référence aux effets sur l’effort physique.

La mécanique de la respiration dit également la 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.

NB : 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 car 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 minutes au repos à 140 pulsations par minute; ensuite progressivement, il pourra atteindre 160 pulsations par minutes, vitesse à laquelle il aura programmé son entraînement.

NB : 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 ; et la dette souligne la quantité d’oxygène consommée en excès lors de la période de récupération.

Échanges 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. En effet,

You can do it! I believe in you!

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–    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* 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 »).

*relation avec tout l’organique dont le système cardio-vasculaire.

Installation of gas cylinders with remote and alarm. Vector illustration in a flat style.

Installation of gas cylinders with remote and alarm. Vector illustration in a flat style.

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 dissous 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.
Pour conclure, la respiration est 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 carbonique. Dès lors, 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 l’équilibre acido-basique du sang.

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Amandine LE CORNEC-BOUTINEAU
Entraîneur d’athlétisme
Titulaire d’un Master 2 Recherche et Professionnel
« Ingénierie de l’entraînement »

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