Anatomie de la respiration

Structures composantes

La cage thoracique est une composante de la paroi thoracique qui renferme la majorité des structures du système respiratoire. Elle constitue le cadre osseux nécessaire à la respiration. En forme de dôme, la cage thoracique offre la rigidité nécessaire pour protéger les organes, participer au soutien du poids des membres supérieurs et servir de point d'ancrage aux muscles. Malgré sa résistance, la cage thoracique est dynamique, permettant ainsi la ventilation pulmonaire. Ce potentiel de mouvement est dû à la flexibilité des côtes et de leurs articulations. La cage thoracique est composée du squelette thoracique, comprenant le sternum, 12 paires de côtes et 12 vertèbres thoraciques, associées respectivement aux cartilages costaux et aux disques intervertébraux.

Côtes

Les côtes sont des structures légères et résilientes. Il en existe trois types : les vraies côtes, les fausses côtes, et les côtes flottantes. Elles forment la majeure partie de la cage thoracique, s'étendant des parois thoraciques postérieures aux parois thoraciques antérieures. Elles sont attachées à leur extrémité antérieure par des cartilages costaux, qui permettent soit une fixation directe au sternum, soit à l’arc costal. Certaines côtes, appelées côtes flottantes, ne possèdent pas d'attache antérieure. Les cartilages costaux flexibles confèrent à la paroi thoracique l'élasticité dont elle a besoin.

Le sternum forme la portion centrale de la cage thoracique antérieure et se compose de trois parties : le manubrium, le corps et le processus xiphoïde. Le long de ses bords latéraux, le sternum présente des incisures costales où s'insèrent les cartilages costaux. Les vertèbres thoraciques numérotées de T1 à T12 forment une partie de la cage thoracique postérieure. Elles possèdent des facettes costales bilatérales sur les corps vertébraux, où s'insèrent les têtes des côtes. Ces têtes se fixent également partiellement aux disques intervertébraux. À l'exception des deux ou trois dernières vertèbres thoraciques, elles présentent également des facettes costales sur les processus transverses pour l'articulation avec les tubercules des côtes.

Tous les composants squelettiques mentionnés ci-dessus complètent la cage thoracique de l'avant vers l'arrière, offrant à la fois protection et flexibilité pour la ventilation. Cependant, la cage thoracique est ouverte à ses extrémités supérieure et inférieure par ce qu'on appelle les orifices du thorax. L'orifice supérieur permet le passage de la trachée, facilitant ainsi le mouvement de l'air pendant la respiration. L’orifice thoracique inférieur, beaucoup plus grand, est intégralement recouverte par le diaphragme.

Vous trouverez plus de détails sur le thorax ci-dessous :

Muscles thoraciques

Bien que la cage thoracique offre une structure résistante mais flexible, il serait impossible de respirer sans l'action des muscles thoraciques. Des détails supplémentaires seront fournis ci-dessous, mais la ventilation s'effectue par l'expansion et la contraction des poumons. L'une des façons d'y parvenir consiste à modifier le diamètre antéro-postérieur de la cavité thoracique en élevant ou en abaissant les côtes. Les muscles les plus importants pour soulever la cage thoracique sont les muscles intercostaux externes ; ils font partie du groupe de muscles intercostaux situés dans les espaces intercostaux entre les côtes. Les intercostaux externes constituent la couche la plus superficielle de ce groupe, tandis que les deux autres couches plus profondes sont les intercostaux internes et les intercostaux intimes. Au total, il y a 11 paires de muscles intercostaux externes, s'étendant entre les tubercules des côtes et les articulations costochondrales. Ils s'étendent dans une direction antéroinférieure entre les bords des deux côtes adjacentes.

Les muscles intercostaux internes jouent également un rôle important dans la modification de la dimension antéropostérieure de la cavité thoracique. Composés eux aussi de 11 paires, ces muscles s'étendent le long des corps et des cartilages costaux des côtes, entre le sternum et l'angle des côtes. Ils se fixent entre le sillon costal et le bord supérieur de deux côtes différentes dans les espaces intercostaux.

Muscles du cou

Les intercostaux externes et internes ne fonctionnent pas seuls lors de la respiration. Ils sont assistés par les muscles sternocléidomastoïdiens et scalènes, situés au niveau du cou.

Les muscles sternocléidomastoïdiens ont pour origines le manubrium du sternum et l'extrémité sternale de chaque clavicule ; ils s'insèrent sur le processus mastoïde de l'os temporal et la ligne nucale supérieure de l'os occipital. Cela leur permet d'élever le sternum et la clavicule, soulevant ainsi les côtes lors de l'inhalation. Ils ont donc un rôle accessoire dans la ventilation pulmonaire.

Les muscles scalènes jouent également un rôle dans l'inspiration. Ils sont au nombre de trois de chaque côté du cou : le scalène antérieur, le scalène moyen et le scalène postérieur – tous impliqués dans la respiration. Le muscle scalène antérieur part des tubercules antérieurs des processus transverses des vertèbres C3 à C6 et s’étend jusqu'à la première côte, contribuant à son élévation. Le scalène moyen s'étend des processus transverses de l'axis et des vertèbres C3 à C7 jusqu'à la première côte, qu'il aide également à soulever. Le scalène moyen est le plus important pour la respiration dans ce groupe. Le scalène postérieur passe des tubercules postérieurs des processus transverses des vertèbres C4 à C6 jusqu'à la deuxième côte, contribuant ainsi à l'élévation de cette dernière.

Muscles de la ceinture pectorale

Parmi les muscles de la ceinture pectorale, celui qui nous intéresse dans le cadre la respiration est le muscle dentelé antérieur. Il recouvre la partie latérale du thorax et forme la paroi latérale de l'aisselle. Il prend son origine sur les huit premières paires de côtes et s'insère sur le bord médial de la scapula (omoplate). En fixant la scapula en position, ce muscle joue un rôle important dans la respiration laborieuse lorsque l'on saisit un support ou que l'on adopte la position dite du trépied.

Muscles abdominaux

Comme vous pouvez le voir, l'acte de respirer que l’on tient souvent pour acquis et dont on est presque inconscient, est en réalité très complexe et implique de nombreux muscles. Il n'est donc pas surprenant que les muscles de la région abdominale y participent eux aussi. Plus précisément, le muscle droit de l'abdomen tire les côtes vers le bas lors de l'expiration active. Il prend son origine au niveau de la symphyse pubienne et de la crête pubienne et s’insère sur le processus xiphoïde ainsi les cartilages costaux des côtes 5 à 7. Ce muscle pair est séparé par la ligne blanche (linea alba).

Le diaphragme est une autre structure cruciale qui permet la respiration. Alors que les autres muscles modifient principalement le diamètre de antéropostérieur de la cavité thoracique, le diaphragme allonge et raccourcit la cavité en se déplaçant de haut en bas. Cette action permet également d'expandre et de contracter les poumons. Le diaphragme, en forme de dôme, sépare les cavités thoracique et abdominale. Il est le principal muscle de l'inspiration et prend son origine sur sa périphérie fixe et circulaire, qui s'étend autour du bord inférieur de la cage thoracique et des vertèbres lombaires supérieures. Ainsi, seule sa partie centrale est capable de se déplacer pendant la respiration. Le diaphragme est constitué de deux coupoles, une droite et une gauche, qui s'élèvent jusqu'au niveau du 4ème espace intercostal.

Inspiration

L'inspiration implique l'entrée de l'air dans les poumons depuis l'environnement extérieur. L'inspiration normale au repos est réalisée par le diaphragme, qui allonge et raccourcit la cavité thoracique. Le diaphragme se contracte et tire les surfaces inférieures des poumons vers le bas. Simultanément, les muscles de l'inspiration élèvent la cage thoracique. Ces muscles sont principalement les muscles intercostaux externes. En soulevant les côtes et en poussant les organes abdominaux vers le bas, le volume intrathoracique augmente. En raison de l'attachement de la plèvre pariétale à la paroi thoracique et de la tendance des poumons à se rétracter vers le hile, une pression négative constante est créée dans la cavité pleurale. C’est le même principe lorsqu’une fine couche d'eau maintient deux morceaux de plastique attachés. Les poumons sont donc fixés à la plèvre viscérale, qui reste en contact avec la plèvre pariétale grâce au liquide. La plèvre pariétale, elle, est en contact avec la paroi thoracique. En conséquence, lorsque les muscles de l'inhalation étendent la paroi, les poumons n'ont d'autre choix que de s'étendre également. Cette action abaisse la pression intrapulmonaire, qui devient alors inférieure à la pression externe. Comme l'air tend naturellement à se déplacer de la haute pression vers la basse pression, il afflue dans les poumons. Les muscles doivent se contracter pendant la phase d'inspiration, c’est donc un processus actif.

À certains moments, vous pourriez avoir besoin de respirer plus profondément ou plus fortement, comme par exemple pendant un exercice physique. Dans ce cas, des muscles accessoires interviennent également et augmentent encore un peu plus la taille de la cavité thoracique en tirant davantage sur le sternum et les deux premières côtes. Ces muscles sont les muscles sternocléidomastoïdiens, les scalènes et le muscle dentelé antérieur.

Expiration

Bien que l'inspiration soit un processus actif, l'expiration est un processus passif car elle utilise l'élasticité naturelle des muscles et des poumons. Pendant l'expiration normale, les muscles intercostaux externes ainsi que le diaphragme se relâchent. Tout se passe à l'envers par rapport à l'inspiration. Le volume intrathoracique diminue, la pression intrapulmonaire augmente et l'air est expulsé des poumons. L'expulsion de l'air se poursuit jusqu'à ce que la pression à l'intérieur des poumons soit égale à la pression externe, après quoi l'inspiration recommence.

Tout comme l'inspiration, l'expiration peut devenir active dans certaines situations comme l'exercice physique ou la pratique d'un instrument. Le muscle droit de l’abdomen et les muscles intercostaux internes sont impliqués. La première paire augmente la pression intra-abdominale, poussant encore plus le diaphragme vers le haut. La deuxième paire tire les côtes vers le bas et vers l'intérieur, réduisant un peu plus le volume de la cavité thoracique.