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Année universitaire 2008-2009
S2 - UNITE 3
PHY O51
Physiologie des grandes fonctions (I)
-14CM + 8h TD-
LICENCE STAPSMarseille/Gap
Enseignante pour les CM: Joëlle Barthèlemy
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CHAPITRE 2CHAPITRE 2
LE SYSTEME RESPIRATOIRELE SYSTEME RESPIRATOIRE
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Les systèmes cardiovasculaire et respiratoire assurent ensemble une fourniture efficace d’oxygène aux tissus
en même temps qu’ils permettent l’élimination du dioxyde de carbone.
Ce transport implique au moins 4 processus distincts :
1/ La ventilation pulmonaireLa ventilation pulmonaire
2/ La diffusion La diffusion alvalvééoloolo--capillairecapillaire
3/ Le transport des gazLe transport des gaz
4/ Les Les ééchanges gazeux pchanges gazeux péériphriphéériquesriques
I. INTRODUCTION
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II. LA VENTILATION PULMONAIRE
I. INTRODUCTION
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A.Anatomo-physiologie du système respiratoire :
les organes de la respiration
nezbouche
épiglotte
bronches
bronchioles
5/ Arborisation bronchique
6/ Alvéoles
1/ Nez + fosses nasales
2/ Pharynx
3/ Larynx4/ Trachée
7/ Poumons
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poumon droit
poumon gauche
épiglotte
pharynx
larynx
trachéebronche
caviténasale
diaphragme cavitépleurale
1/ Nez et fosses nasales1/ Nez et fosses nasales
2/ Pharynx2/ Pharynx
Anatomie des voies aAnatomie des voies aéériennes supriennes supéérieures : rieures : de lde l’’entrentréée (nez ou bouche) jusque (nez ou bouche) jusqu’’au larynxau larynx
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Anatomie des voies aAnatomie des voies aéériennes infriennes inféérieures : rieures : du larynx aux alvdu larynx aux alvééolesoles
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3/ Le larynx3/ Le larynx : structure complexe formée d’éléments cartilagineux et de tissus musculaire
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5/ L5/ L’’arborisation bronchiquearborisation bronchique
La trachée se sépare en 2 bronches principales ou primaires ou souches qui pénètrent chacune dans un poumon.
Dans les poumons, elles se subdivisent en multipliant leurs ramifications….
4/ La trach4/ La trachééee : constituée d’arceaux de cartilage
� bronchioles terminales (environ 1 million)
C’est l’arborisation bronchique
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Les propriétés anatomo-physiologiques des organes de la zone de conduction (du nez aux bronchioles) leur confèrent
différentes fonctions parmi lesquelles : la conduction de l’air, son réchauffement ou son refroidissement, son humidification,
son épuration.
Épithélium cilié des bronches et de la trachée
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Les bronchioles terminales se terminent par des sacs alvéolaires dont la paroi présente de minuscules renflements
sphériques : les alvles alvééolesoles
6/ Les alv6/ Les alvééolesoles
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La paroi La paroi alvalvééoloolo--capillairecapillaire
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Les alvéoles = Lieu des échanges gazeux.
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Surface totale = environ celle d’un terrain de tennis
Une surface considérable offerte aux échanges gazeux.
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Les 2 poumonsLes 2 poumons sont logés et suspendus dans la cage thoracique.
Ils comportent les voies respiratoires inférieures et du tissu conjonctif élastique : le stroma.
Ils sont divisés en lobes :
3 pour le droit, 2 pour le gauche.
Poumon gauche 2 lobes
Poumon droit 3 lobes
7/ Les poumons7/ Les poumons
Le stroma
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Chaque poumon est entouré par une cavité : cavité pleurale,délimitée par une membrane : la plèvre,
remplie de liquide
Cavité pleurale remplie de
liquide
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Les poumons comportent 2 types de circulation :
���� La circulation pulmonaire
assure le transfert et le transport des gaz.
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���� La circulation bronchique
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II. LA VENTILATIONII. LA VENTILATION
I. INTRODUCTION
A.A.AnatomoAnatomo--physiologiephysiologie du systdu systèème respiratoire :me respiratoire :les organes de la respirationles organes de la respiration
B. La mB. La méécanique respiratoirecanique respiratoire
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1. Principes régissant l’écoulement des gaz
2/ Les variations de volume ⇒ variations de pression
3/ Les gaz s’écoulent des zones de haute pression vers les zones de basse pression jusqu’à équilibre des pressions
1/ Loi de Boyle-Mariotte :
à température constante, la pression d’un gaz est
inversement proportionnelle à son volume
B. La mB. La méécanique respiratoirecanique respiratoire
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Variation de la profondeur et de la hauteur
Variation de la largeur
2. Inspiration: processus actif
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Variation de la profondeur et de la hauteur
Variation de la largeur
3. Expiration calme : processus passif
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Lors de lLors de l’’inspiration et de linspiration et de l’’expiration profondes ou forcexpiration profondes ou forcéées, es, dd’’autres muscles sont impliquautres muscles sont impliquééss
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1/ de restaurer la concentration en oxygène du sang à destination des différents organes
2/ d’éliminer le dioxyde de carbone provenant du sang veineux de la circulation systémique
1/ d’approvisionner les tissus en oxygène
2/ d’éliminer le dioxyde de carbone qu’ils produisent
Les échanges de gaz permettent :
���� entre les poumons et le sang
���� entre les tissus et le sang
III. LES ECHANGES DE GAZIII. LES ECHANGES DE GAZ
A. But
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La pression partielle des gaz
1/ Pression Totale d’un mélange de gaz = somme des pressions partielles des
constituants du mélange.
2/ Pression Partielle (mmHg) = % du gaz dans le mélange x Pression totale (mmHg)
B. Les mécanismes qui régissent les échanges de gaz
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PPatmatmOO22== 21% x 76021% x 760 = 159 mmHg 159 mmHg
PPatmatmCOCO22=0,04% x 760 ==0,04% x 760 = 0,3 mmHg0,3 mmHg
L’air que nous respirons est un mélange de gaz :
- 78,6% d’azote (inerte)
- 20,9 % d’oxygène
- 0,04% de gaz carbonique
+ vapeur d’eau + quantités négligeables d’autres gaz (argon, hélium…)
Pression totale du mPression totale du méélange = pression atmosphlange = pression atmosphéérique rique
soit 760 mmHg soit 760 mmHg
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Pour chaque gaz, la différence de pression partielle
entre 2 compartiments engendre un gradient de
pression.
PPppOO22 PPppOO22
PPppCOCO22 PPppCOCO22
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B. Les échanges gazeux alvéolo-capillaires
1. La membrane ou barrière alvéolo–capillaire
Alvéole
Au niveau des poumons, les échanges de gaz se font au travers de la membrane alvéolo-capillaire.
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2. Les échanges d’O2
PO2 = 105 mm HgPO2 = 40 mm Hg
Sang en provenance des tissus
Sang à destination des tissus
Capillaire pulmonaire
O2Alvéole
PatmO2 =159 mmHg
PO2 = 105 mm Hg
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PCO2 = 45mm Hg PCO2 = 40 mm Hg
3. Les échanges de CO2
CO2Alvéole
Sang en provenance des tissus
Sang à destination des tissus
Capillaire pulmonaire
PatmCO2= 0,3 mmHg
PCO2 = 40 mm Hg
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4. La capacité de diffusion de l’O2 dans les poumons
Vitesse de diffusion de l’ O2 de l ’alvéole vers le sang
Au repos : 25 ml/min/mmHg
A l ’exercice : � 60 ml/min/mmHg pour 1 consommation d’ O2 de 4 litres
100 ml/min/mmHg pour 1 consommation d’ O2 de 6 litres
� grâce au couplage ventilation et perfusion
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C. Les échanges gazeux au niveaux des tissus
1. Les échanges d’O2 et 2. Les échanges de CO2
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Bilan
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Au niveau des poumons:
O2 (13,9kPa) → sang (5,3kPa)
CO2 (6kPa) → alvéoles (5,3kPa)
Au niveau des tissus:
O2 (13,9kPa) → cellules (< 5,3kPa)
CO2 (>6kPa) → sang (5,3kPa)
Rapport kPa et mmHg : 7.5
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3. La DAV O2
20 ml O2 pour 100 ml de sang
15-16 ml O2 pour 100 ml de sang
CaO2-CvO2 : 4-5ml O2 pour 100 ml de sang
Au repos
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CHAPITRE 2CHAPITRE 2
LE SYSTEME RESPIRATOIRELE SYSTEME RESPIRATOIRE
II. LA VENTILATION
I. INTRODUCTION
III. LES ECHANGES DE GAZ
IV. LE TRANSPORT DES GAZ
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1. Le transport de l’oxygène
- Sous forme dissoute dans le plasma : 2 à 5 % (peu car l’oxygène se dissout mal dans l’eau)
- Sous forme combinée à l’hémoglobine (Hb) dans les globules rouges (majoritaire : 95 à 98%)
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���� Rôle de la pression partielle en oxygène
La vitesse à laquelle l’Hb capte ou libère l’oxygène dépend de plusieurs facteurs.
![Page 40: Année universitaire 2008-2009 LICENCE STAPS Marseille/Gap ...staps.toile-libre.org/Semestre%202/Unit%E9%203/Physiologie%20des… · Année universitaire 2008-2009 S2 - UNITE 3 PHY](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081612/5f74fcc274b0027e580eb8f8/html5/thumbnails/40.jpg)
���� Effets de la PCO2 et du pH sur la courbe de dissociation de l’hémoglobine
![Page 41: Année universitaire 2008-2009 LICENCE STAPS Marseille/Gap ...staps.toile-libre.org/Semestre%202/Unit%E9%203/Physiologie%20des… · Année universitaire 2008-2009 S2 - UNITE 3 PHY](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081612/5f74fcc274b0027e580eb8f8/html5/thumbnails/41.jpg)
���� Rôle de la température
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- Sous forme dissoute dans l’eau : ~7 %.
C’est cette forme qui détermine la pression partielle en gaz carbonique du sang.
2. Le transport du gaz carbonique
- Sous forme liée à Hb : ~ 23 %Hb + CO2 HbCO2 [carb(amino)hémoglobine]
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� [CO2] sang ==> � [H2CO3] ==> � pH
� [CO2] sang ==> � [H2CO3] ==> � pH
-Sous forme d’ions hydrogénocarbonates (HCO3-) : ~ 70%
CO2 + H2O H2CO3
Anhydrase carbonique
Acide carbonique
H2CO3 H+ + HCO3-
Ion bicarbonate
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Acide carbonique
instable
H+ + HbO2 HHb + O2cellules
Effet Bohr
Au niveau des tissus
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Au niveau des tissus
![Page 46: Année universitaire 2008-2009 LICENCE STAPS Marseille/Gap ...staps.toile-libre.org/Semestre%202/Unit%E9%203/Physiologie%20des… · Année universitaire 2008-2009 S2 - UNITE 3 PHY](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081612/5f74fcc274b0027e580eb8f8/html5/thumbnails/46.jpg)
Au niveau des poumons
![Page 47: Année universitaire 2008-2009 LICENCE STAPS Marseille/Gap ...staps.toile-libre.org/Semestre%202/Unit%E9%203/Physiologie%20des… · Année universitaire 2008-2009 S2 - UNITE 3 PHY](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081612/5f74fcc274b0027e580eb8f8/html5/thumbnails/47.jpg)
CHAPITRE 2CHAPITRE 2
LE SYSTEME RESPIRATOIRELE SYSTEME RESPIRATOIRE
II. LA VENTILATION
I. INTRODUCTION
III. LES ECHANGES DE GAZ
IV. LE TRANSPORT DES GAZ
V. LES PARAMETRES DE LA VENTILATION
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1. La ventilation statique
Spirogramme
VC 500 mlVRI 3100 ml
VRE 1200 ml
VR 1200 ml
CVF = Capacité Vitale Fonctionnelle =VC+VRI+VRE = 4800 ml
CRF = Capacité Résiduelle Fonctionnelle=VRE+VR=2400 ml
CP = Capacité Pulmonaire (totale) =VC+VRI+VRE+VR = 6000ml
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2. La ventilation dynamique
�������� Ventilation maximale par minuteVentilation maximale par minute
Au repos : * chez un individu adulte sain :
160 L/min chez un homme
110 L/min chez une femme
*chez un athlète entraîné la Vmax peut atteindre 400 L/min (VRI+VRE>>>)
A l’effort: les individus n’atteignent, même pour des exercices très intenses, que 65-75% de leur Vmax
1. La ventilation statique
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Au repos : environ 6 L/min (12*0,5)
A l’effort: il est d’autant plus élevé que
l’intensité de l’exercice est importante
���� Débit ventilatoireC’est la ventilation par minute c’est à dire le volume d’air déplacé par unité de temps.
�VE = Fr x VC
Il varie aussi au cours de l’anticipation et de la
récupération.
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de la capacité vitale, de l’état de santé, des dimensions corporelles (taille, poids, surface cutanée), de l’âge, du
niveau d’entraînement…
Le débit ventilatoire maximal est aussi fonction:
*120-140 L/min chez le sujet non entraîné (40-45*3,5)
*240 L/min chez le sujet entraîné (60*4)
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*fréquence respiratoireAu repos : 12-16 resp/minA l’effort : � avec l’intensité de l’exercice : 40-45 resp/min, jusqu’à 60 chez l’entraîné
*volume courant
Au repos : 500ml
A l’effort : jusqu’à 65-75% de la capacité vitale (4,8l) soit
environ 3,5l et même + de 4l chez l’entraîné
Repos Activitémodérée
Activitéintense
�VE = Fr x VC
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*débit ventilatoire et consommation d’oxygèneVE � proportionnellement à la consommation d’O2 jusqu’à* 60% environ de la capacité maximale d’effort pour les sujets non entraînés* 80% pour les entraînésAu-delà, VE augmente plus que VO2 : l’hyperventilation rend la respiration peu économique
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CHAPITRE 2CHAPITRE 2LE SYSTEME RESPIRATOIRELE SYSTEME RESPIRATOIRE
II. LA VENTILATION
I. INTRODUCTION
III. LES ECHANGES DE GAZ
IV. LE TRANSPORT DES GAZ
V. LES PARAMETRES DE LA VENTILATION
VI. LA REGULATION DE LA VI. LA REGULATION DE LA VENTILATIONVENTILATION
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1. Mécanismes nerveux de la respiration
La respiration repose sur l’activité de neurones situés au niveau du tronc cérébral (bulbe rachidien + pont).
Ces neurones sont organisés en groupes, disposés en réseaux avec un
générateur central du rythme respiratoire.
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Les neurones du générateur central du rythme respiratoire se dépolarisent en spontanément de manière rythmique.
Au niveau du bulbe rachidien
![Page 57: Année universitaire 2008-2009 LICENCE STAPS Marseille/Gap ...staps.toile-libre.org/Semestre%202/Unit%E9%203/Physiologie%20des… · Année universitaire 2008-2009 S2 - UNITE 3 PHY](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081612/5f74fcc274b0027e580eb8f8/html5/thumbnails/57.jpg)
Au niveau du pont
Le centre pneumotaxique
�inhibition du centre apneustique
Le centre apneustique
� activation du centre inspiratoire
�inhibition du centre inspiratoire
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2. Facteurs influençant la respiration
L’activité des neurones des centres respiratoires du tronc cérébral est modulée par des stimuli de différentes natures: mécanique, chimique et nerveuse…
� la respiration peut s’ajuster
parfaitement aux besoins de l’organisme.
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���� Réflexes déclenchés par des agents irritants
Parmi les facteurs qui influencent l’amplitude et la fréquence respiratoires :
![Page 60: Année universitaire 2008-2009 LICENCE STAPS Marseille/Gap ...staps.toile-libre.org/Semestre%202/Unit%E9%203/Physiologie%20des… · Année universitaire 2008-2009 S2 - UNITE 3 PHY](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081612/5f74fcc274b0027e580eb8f8/html5/thumbnails/60.jpg)
Des récepteurs de tension, appelés mécanorécepteurs, localisés au niveau des alvéoles, assurent une rétroaction négative sur le centre respiratoire.
���� Réflexe de Hering-Breuer
![Page 61: Année universitaire 2008-2009 LICENCE STAPS Marseille/Gap ...staps.toile-libre.org/Semestre%202/Unit%E9%203/Physiologie%20des… · Année universitaire 2008-2009 S2 - UNITE 3 PHY](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081612/5f74fcc274b0027e580eb8f8/html5/thumbnails/61.jpg)
���� Réflexes déclenchés par des agents irritants
Parmi les facteurs qui influencent l’amplitude et la fréquence respiratoires :
���� Réflexe de Hering-Breuer
���� Influence des centres nerveux supérieurs
![Page 62: Année universitaire 2008-2009 LICENCE STAPS Marseille/Gap ...staps.toile-libre.org/Semestre%202/Unit%E9%203/Physiologie%20des… · Année universitaire 2008-2009 S2 - UNITE 3 PHY](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081612/5f74fcc274b0027e580eb8f8/html5/thumbnails/62.jpg)
���� Influence des centres nerveux supérieurs (suite)
Modifier sa respiration pour parler, siffler, chanter ou la
bloquer volontairement implique la communication des centres corticaux avec les
neurones du centre inspiratoire et/ou
directement avec les muscles respiratoires.
Centres corticaux
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���� Facteurs chimiques
Les variations des concentrations, dans le sang artériel, de
différents paramètres chimiques sont détectées par des
chimio- ou chémo- récepteurs périphériques (carotidiens et
aortiques/plasma) et centraux (cerveau/LCR) qui sont à
l’origine de modifications de l’amplitude et de la fréquence
respiratoires.
���� Réflexes déclenchés par des agents irritants
Parmi les facteurs qui influencent l’amplitude et la fréquence respiratoires :
���� Réflexe de Hering-Breuer
���� Influence des centres nerveux supérieurs
![Page 64: Année universitaire 2008-2009 LICENCE STAPS Marseille/Gap ...staps.toile-libre.org/Semestre%202/Unit%E9%203/Physiologie%20des… · Année universitaire 2008-2009 S2 - UNITE 3 PHY](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081612/5f74fcc274b0027e580eb8f8/html5/thumbnails/64.jpg)
���� Influence de la pression partielle du gaz carbonique
���� Facteurs chimiques
Les chémorécepteurs centraux
Quand la PCO2 artérielle �, le CO2 traverse la barrière hémato-encéphalique assez rapidement et active les chémorécepteurs centraux…
==> hyperventilation qui élimine le gaz carbonique, évitant ainsi une du pH.
![Page 65: Année universitaire 2008-2009 LICENCE STAPS Marseille/Gap ...staps.toile-libre.org/Semestre%202/Unit%E9%203/Physiologie%20des… · Année universitaire 2008-2009 S2 - UNITE 3 PHY](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081612/5f74fcc274b0027e580eb8f8/html5/thumbnails/65.jpg)
[CO2] sang ==> [H2CO3] ==> � pH ==> ventilation pulmonaire : hypoventilation pouvant aller jusqu’à l’apnée
Inversement:
![Page 66: Année universitaire 2008-2009 LICENCE STAPS Marseille/Gap ...staps.toile-libre.org/Semestre%202/Unit%E9%203/Physiologie%20des… · Année universitaire 2008-2009 S2 - UNITE 3 PHY](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081612/5f74fcc274b0027e580eb8f8/html5/thumbnails/66.jpg)
Acidose ==> pH ==> Stimulation du centre respiratoire pour éliminer l’acide carbonique du sang sous forme de CO2 et H2OInversement� pH ==> Inhibition du centre respiratoire
���� Influence du pH
L’action des chémorécepteurs centraux est complétée par celle des chémorécepteurs périphériques présents au
niveau de la crosse de l’aorte et des carotides.
![Page 67: Année universitaire 2008-2009 LICENCE STAPS Marseille/Gap ...staps.toile-libre.org/Semestre%202/Unit%E9%203/Physiologie%20des… · Année universitaire 2008-2009 S2 - UNITE 3 PHY](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081612/5f74fcc274b0027e580eb8f8/html5/thumbnails/67.jpg)
![Page 68: Année universitaire 2008-2009 LICENCE STAPS Marseille/Gap ...staps.toile-libre.org/Semestre%202/Unit%E9%203/Physiologie%20des… · Année universitaire 2008-2009 S2 - UNITE 3 PHY](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081612/5f74fcc274b0027e580eb8f8/html5/thumbnails/68.jpg)
���� Influence de la pression partielle de l’oxygène
� PO2 (hypoxie)
==> � ventilation (hyperventilation)
==> � capture O2
==> � PO2 mais aussi � élimination CO2
==> � PCO2 (hypocapnie)
==> � pH
==> hypoventilation
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- Le cortex moteur qui provoque une augmentation anticipatrice du débit ventilatoire.
- Les afférences d’origine musculaire, tendineuse et articulaire qui stimulent les centres respiratoires au
début de l’effort.
- L’augmentation de la température corporelle qui stimule directement les neurones du centre respiratoire,
notamment lors d’un exercice prolongé.
���� Autres facteurs de contrôle
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Bilan