L'air entre et sort des poumons en réponse aux différences de pression. Lorsque la pression de l'air dans les espaces alvéolaires tombe en dessous de la pression atmosphérique, l'air pénètre dans les poumons (inspiration), à condition que le larynx soit ouvert ; lorsque la pression de l'air dans les alvéoles dépasse la pression atmosphérique, de l'air est soufflé des poumons (expiration). Le débit d'air est rapide ou lent en proportion de l'amplitude de la différence de pression. Parce que la pression atmosphérique reste relativement constante, le débit est déterminé par combien au-dessus ou en dessous de la pression atmosphérique la pression dans les poumons augmente ou diminue.
diaphragme; respiration Le diaphragme se contracte et se détend, forçant l'air à entrer et à sortir des poumons. Encyclopédie Britannica, Inc.
Explorez la mécanique des poumons et des muscles des côtes et du diaphragme impliqués dans la respiration humaine. Aperçu de la mécanique de la respiration. Encyclopédie Britannica, Inc. Voir toutes les vidéos de cet article
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Les fluctuations de la pression alvéolaire sont causées par l'expansion et la contraction des poumons résultant de la tension et de la relaxation des muscles de la poitrine et abdomen . Chaque petit incrément d'expansion augmente de manière transitoire l'espace renfermant l'air pulmonaire. Il y a donc moins d'air par unité de volume dans les poumons et la pression chute. Une différence de pression atmosphérique entre l'atmosphère et les poumons est créée et l'air s'écoule jusqu'à ce que l'équilibre avec la pression atmosphérique soit rétabli à un volume pulmonaire plus élevé. Lorsque les muscles d'inspiration se détendent, le volume de la poitrine et des poumons diminue, l'air pulmonaire devient transitoirement comprimé, sa pression s'élève au-dessus de la pression atmosphérique et s'écoule dans l'atmosphère jusqu'à ce que la pression équilibre est atteint au volume pulmonaire d'origine. Voici donc la séquence d'événements au cours de chaque cycle respiratoire normal : un changement de volume pulmonaire entraînant une différence de pression, entraînant un flux d'air entrant ou sortant du poumon et l'établissement d'un nouveau volume pulmonaire.
Les forces qui provoquent normalement des changements de volume de la poitrine et des poumons proviennent non seulement de la contraction musculaire, mais aussi de la élastique propriétés du poumon et de la poitrine. Un poumon est similaire à un ballon en ce sens qu'il résiste à l'étirement, ayant tendance à s'effondrer presque totalement à moins d'être maintenu gonflé par une différence de pression entre son intérieur et son extérieur. Cette tendance du poumon à s'affaisser ou à s'éloigner de la poitrine peut être mesurée en plaçant soigneusement une aiguille émoussée entre l'extérieur du poumon et l'intérieur de la paroi thoracique, permettant ainsi au poumon de se séparer de la poitrine à cet endroit particulier. La pression mesurée dans le petit espace pleural ainsi créé est sensiblement inférieure à la pression atmosphérique à un moment où la pression dans le poumon lui-même est égale à pression atmosphérique . Cette pression négative (inférieure à l'atmosphère) est donc une mesure de la force nécessaire pour maintenir le poumon distendu. La force augmente (la pression pleurale devient plus négative) à mesure que le poumon est étiré et que son volume augmente pendant l'inspiration. La force augmente également proportionnellement à la rapidité avec laquelle l'air est aspiré dans les poumons et diminue proportionnellement à la force avec laquelle l'air est expulsé des poumons. En résumé, la pression pleurale reflète principalement deux forces : (1) la force nécessaire pour maintenir le poumon gonflé contre son recul élastique et (2) la force nécessaire pour provoquer un écoulement d'air dans et hors du poumon. Parce que la pression pleurale est inférieure à la pression atmosphérique, de l'air est aspiré dans la poitrine et le poumon s'effondre (pneumothorax) lorsque la paroi thoracique est perforée, comme par une plaie ou par une incision chirurgicale.
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La force nécessaire pour maintenir le gonflement des poumons et provoquer le flux d'air est fournie par la poitrine et le diaphragme (la cloison musculaire entre la poitrine et l'abdomen), qui sont à leur tour étirés vers l'intérieur par la traction des poumons. Le système poumon-poitrine agit ainsi comme deux ressorts hélicoïdaux opposés, dont la longueur est affectée par l'autre. Sans la traction extérieure de la poitrine sur les poumons, ceux-ci s'effondreraient ; et sans la traction interne des poumons sur la poitrine et le diaphragme, la poitrine s'élargirait à une plus grande taille et le diaphragme tomberait de sa position en forme de dôme dans la poitrine.
Les muscles respiratoires déplacent l'équilibre des forces élastiques dans le poumon et la poitrine dans un sens ou dans l'autre en ajoutant une contraction musculaire. Pendant l'inspiration, la contraction musculaire est ajoutée à la force élastique vers l'extérieur de la poitrine pour augmenter la traction sur le poumon requise pour son étirement supplémentaire. Lorsque ces muscles se détendent, la rétraction supplémentaire du poumon ramène le système à sa position d'équilibre.
Contraction du muscles abdominaux déplace l'équilibre dans la direction opposée en ajoutant une pression abdominale accrue à la rétraction des poumons, élevant ainsi davantage le diaphragme et provoquant une expiration forcée. Cette force musculaire supplémentaire est supprimée lors de la relaxation et le volume pulmonaire d'origine est restauré. Au cours de la respiration ordinaire, la contraction musculaire ne se produit qu'à l'inspiration, l'expiration s'accomplissant passivement par recul élastique du poumon.
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Lors de la relaxation totale des muscles d'inspiration et d'expiration, le poumon est distendu à un volume - appelé capacité résiduelle fonctionnelle - d'environ 40 pour cent de son volume maximum à la fin de l'inspiration complète. Une réduction supplémentaire du volume pulmonaire résulte de la contraction maximale des muscles expiratoires de la poitrine et de l'abdomen. Le volume dans ces circonstances est appelé volume résiduel; elle représente environ 20 pour cent du volume à la fin de l'inspiration complète (appelée capacité pulmonaire totale). Un effondrement supplémentaire du poumon à son air minimal ne peut être accompli qu'en ouvrant la paroi thoracique et en créant un pneumothorax.
Les membranes de la surface du poumon ( plèvre viscérale ) et à l'intérieur de la poitrine ( plèvre pariétale ) sont normalement maintenues à proximité (malgré l'attraction du poumon et de la poitrine dans des directions opposées) par la tension superficielle de la fine couche de liquide recouvrant ces surfaces. La force de cette liaison peut être appréciée par la tentative de séparer deux surfaces lisses, telles que des morceaux de verre, séparés par un film d'eau.
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