Chapitre 11 : Le diaphragme et les côtes, la pompe de la respiration

Qui remplit les poumons ?

Dans le chapitre précédent, tu as voyagé dans le train rouge du sang. Les globules rouges ont pris de l'oxygène dans les poumons, ont traversé le cœur à toute vitesse et ont apporté cet oxygène dans tous les recoins de ton corps, de ton cerveau jusqu'au bout de tes orteils. Au retour, ces mêmes globules rouges ont aidé à ramener aux poumons le dioxyde de carbone, un gaz de déchet, pour que tu puisses le rejeter en expirant.

Mais un train ne peut emporter que ce qui l'attend à la gare. Si l'air à l'intérieur de tes poumons ne changeait jamais, l'oxygène de cet air serait vite épuisé, et le dioxyde de carbone s'accumulerait comme des ordures que personne ne vient ramasser. L'air frais doit entrer, et le vieil air doit sortir, encore et encore, jour et nuit, pendant toute ta vie.

Alors voici une énigme. Tes poumons sont mous et spongieux, un peu comme deux grandes éponges remplies de minuscules ballons. Ils n'ont pas de muscles puissants à eux. Ils ne peuvent pas se serrer pour devenir plus petits, ni se gonfler tout seuls. Alors, qu'est-ce qui fait que tes poumons se remplissent d'air puis se vident, plus de vingt mille fois chaque jour ?

La réponse, c'est une équipe de muscles et d'os qui entoure les poumons comme une machine vivante. Le membre le plus important de l'équipe est un muscle qu'on appelle le diaphragme. Ses partenaires sont tes côtes et les petits muscles entre elles. Ensemble, ils forment la pompe de la respiration. Dans ce chapitre, tu vas découvrir comment fonctionne cette pompe, comment ton corps la fait marcher même pendant ton sommeil, et comment elle aide à te protéger des microbes et de la poussière.

Le diaphragme, un dôme sous tes poumons

Pose ta main sur ta poitrine, puis fais-la glisser jusqu'au bord du bas de tes côtes, juste au-dessus de ton ventre. Sous ta main, caché au fond de ton corps, se trouve le diaphragme. C'est une large feuille de muscle mince qui s'étend d'un bout à l'autre de l'intérieur de ton corps, de l'avant vers l'arrière et d'un côté à l'autre. Dis son nom lentement : dia-phrag-me.

Le diaphragme a la forme d'un dôme, ou d'un bol retourné. Quand il est relâché, le milieu du dôme se bombe vers le haut, dans la poitrine. Tes poumons et ton cœur reposent dessus. Ton estomac, ton foie et les autres organes de ton ventre se trouvent en dessous. Ainsi, le diaphragme sert à la fois de plancher pour la poitrine et de plafond pour le ventre.

Comme chaque muscle, le diaphragme a un seul grand mouvement : il peut se serrer. Quand un muscle se serre et devient plus court, les scientifiques disent qu'il se contracte. Quand le diaphragme se contracte, le dôme descend et devient plus plat, presque comme la toile d'un trampoline que quelqu'un a bien tendue. Quand le diaphragme se relâche, le dôme remonte et reprend sa forme arrondie.

Ce mouvement tout simple, en bas et en haut, en bas et en haut, est le cœur de la respiration. Chaque fois que le diaphragme s'aplatit, l'espace à l'intérieur de ta poitrine devient plus haut. Chaque fois que le diaphragme se relâche, cet espace redevient moins haut. Comme tu vas bientôt le voir, changer la taille de cet espace suffit pour faire entrer et sortir l'air de ton corps.

Le diaphragme est l'un des muscles les plus travailleurs que tu possèdes. Les muscles de tes bras se reposent quand tu ne bouges pas, et les muscles de tes jambes se reposent quand tu t'allonges. Le diaphragme, lui, travaille depuis le moment de ta naissance, chaque jour et chaque nuit. Heureusement, il est fait pour ce genre de travail régulier et doux. Il se fatigue rarement comme tes jambes après une longue course en montée.

Les côtes, une cage qui peut bouger

Maintenant, fais marcher tes doigts le long du côté de ta poitrine. Tu peux sentir des bosses, les unes au-dessus des autres, comme les barreaux d'une échelle. Ces bosses sont tes côtes. La plupart des gens ont douze paires de côtes, douze du côté gauche et douze du côté droit. Les côtes partent de ta colonne vertébrale, dans ton dos, et s'arrondissent vers ton sternum, l'os plat au milieu de l'avant de ta poitrine.

Ensemble, les côtes forment la cage thoracique. Une cage, cela fait penser à quelque chose de raide et d'immobile, mais ta cage thoracique n'est pas du tout comme cela. Entre chaque paire de côtes voisines, il y a de fines couches de muscle qu'on appelle les muscles intercostaux. Le mot intercostal veut simplement dire « entre les côtes ». Quand ces muscles se serrent, ils soulèvent les côtes vers le haut et vers l'extérieur.

Pour imaginer comment cela fonctionne, pense à l'anse d'un seau. Quand l'anse pend, elle est collée contre le côté du seau. Quand tu soulèves l'anse, elle part vers l'extérieur et forme une boucle plus large. Tes côtes bougent de façon semblable. Quand les muscles des côtes les tirent vers le haut, les côtes s'écartent sur les côtés, et l'avant de ta poitrine avance un peu. La poitrine devient plus large d'un côté à l'autre et plus profonde de l'avant vers l'arrière.

La cage thoracique a un deuxième travail tout aussi important. C'est un bouclier. Les côtes s'arrondissent autour de ton cœur et de tes poumons comme les barreaux d'une barrière solide mais souple, et elles protègent ces organes mous contre les chocs et les coups quand tu cours, que tu tombes ou que tu joues. Beaucoup de côtes sont reliées au sternum par du cartilage, la même matière ferme mais souple qui donne sa forme au bout de ton nez et à l'extérieur de tes oreilles. Grâce au cartilage, la cage thoracique peut céder un peu quand on appuie dessus, au lieu d'être raide comme une boîte.

Il y a encore un détail astucieux. L'extérieur de chaque poumon et l'intérieur de la paroi de la poitrine sont couverts de fines couches lisses qu'on appelle la plèvre. Entre ces deux couches, il y a une toute petite quantité de liquide glissant. Ce liquide permet aux poumons de glisser contre la paroi de la poitrine sans frotter. Il fait aussi que les deux couches restent collées l'une à l'autre, comme deux plaques de verre mouillées qui glissent facilement l'une sur l'autre mais qui sont difficiles à séparer. Comme les couches restent collées, les poumons suivent chaque mouvement de la poitrine, comme ton ombre te suit sur le sol.

Inspirer et expirer

Maintenant, tu connais les pièces. Voici comment elles travaillent ensemble. L'air va toujours d'un endroit où il est plus serré vers un endroit où il est moins serré. Les scientifiques appellent ce serrage la pression. Quand tu lâches l'embout d'un ballon gonflé, l'air serré à l'intérieur s'échappe d'un coup dans la pièce. Ta pompe de la respiration utilise cette règle toute simple toutes les quelques secondes de ta vie.

Quand tu inspires, le diaphragme se contracte et descend, et les muscles des côtes soulèvent les côtes vers le haut et vers l'extérieur. La poitrine devient plus grande dans toutes les directions : plus haute, plus large et plus profonde. Les poumons, qui restent collés à la paroi de la poitrine, s'étirent pour remplir cet espace plus grand. Maintenant, l'air à l'intérieur des poumons est plus étalé et moins serré que l'air à l'extérieur de ton corps. Alors l'air de l'extérieur entre par ton nez ou ta bouche, descend dans ta trachée et arrive dans les poumons, jusqu'à ce que la pression soit de nouveau la même à l'intérieur et à l'extérieur.

Une pipette compte-gouttes fonctionne de façon semblable. Quand tu presses la poire en caoutchouc puis que tu la lâches, la poire reprend sa forme et fait plus de place à l'intérieur, et du liquide est aspiré dans le tube pour remplir cette place. Ta poitrine est comme la poire. Chaque fois que le diaphragme et les côtes rendent la poitrine plus grande, de l'air est aspiré pour remplir l'espace en plus.

Expirer, quand tu es calme, est encore plus facile. Le diaphragme se relâche simplement et remonte doucement pour reprendre sa forme de dôme. Les muscles des côtes se relâchent aussi, et les côtes redescendent. Les poumons eux-mêmes sont élastiques, comme un élastique qu'on a tiré, alors ils reprennent tout seuls une taille plus petite. La poitrine devient plus petite, l'air à l'intérieur est serré, et il sort. Quand tu es au repos, expirer ne demande presque aucun effort.

Quand tu as besoin de souffler fort, ton corps ajoute de la puissance en plus. Les muscles de ton ventre se serrent et poussent les organes du ventre contre le diaphragme, pendant que d'autres muscles des côtes tirent les côtes vers le bas. Tu utilises cette poussée forte quand tu souffles les bougies d'un gâteau d'anniversaire, que tu fais des bulles de savon, que tu cries pour appeler un ami de l'autre côté d'un champ, ou que tu joues du sifflet ou de la flûte. Tu l'utilises aussi quand tu tousses, et tu en liras bientôt davantage à ce sujet.

Voici quelque chose que tu peux essayer sans danger tout de suite. Assieds-toi ou allonge-toi confortablement et pose une main à plat sur ton ventre et l'autre main sur ta poitrine. Inspire lentement par le nez. Sens-tu ton ventre pousser doucement ta main vers l'extérieur ? Cela arrive parce que le diaphragme descend et pousse un peu les organes du ventre pour leur faire de la place. Maintenant, expire lentement et sens ton ventre redescendre : tu sens ta pompe de la respiration au travail.

Tu remarqueras peut-être que la main sur ta poitrine bouge moins que la main sur ton ventre. Pendant une respiration calme, c'est le diaphragme qui fait la plus grande partie du travail. Pendant les respirations grandes et rapides, les muscles des côtes participent beaucoup plus, et tu peux sentir toute ta poitrine se soulever. Les deux façons sont normales. Ton corps choisit simplement la bonne quantité d'effort à chaque moment.

Respirations rapides, respirations lentes

Essaie de compter combien de fois tu inspires en une minute pendant que tu restes tranquille. Demande à un grand de regarder une horloge pour toi. C'est un peu difficile, parce que penser à sa respiration peut la changer, alors respire simplement comme d'habitude. Beaucoup d'enfants de ton âge respirent à peu près quinze à trente fois par minute quand ils sont au repos. La plupart des adultes respirent un peu plus lentement, environ douze à vingt fois par minute. Les nouveau-nés respirent beaucoup plus vite, souvent trente à soixante fois par minute, parce que leur tout petit corps grandit très vite.

La vitesse de ta respiration n'est pas fixe. Cours dans la cour de récréation, grimpe une colline ou danse sur une musique rapide, et tu remarqueras que tu respires plus vite et plus profondément. Tes muscles au travail utilisent de l'oxygène et fabriquent du dioxyde de carbone en plus, alors la pompe de la respiration accélère pour que la gare reste bien approvisionnée pour le train rouge. Quand tu t'arrêtes pour te reposer, ta respiration se calme lentement.

Chaque respiration change aussi de taille. Pendant une respiration tranquille, le diaphragme ne descend qu'un peu, à peu près de la largeur d'un ou deux de tes doigts. Pendant une très grande inspiration, il peut descendre plusieurs fois plus bas. Comme tu l'as lu au chapitre 8, une respiration tranquille d'adulte fait bouger environ un demi-litre d'air. Une très grande inspiration peut en faire bouger plusieurs fois plus.

Parfois, la pompe fait quelque chose d'inattendu. Un hoquet se produit quand le diaphragme se serre soudain d'un coup sec, tout seul. L'air commence à entrer très vite, et une fraction de seconde plus tard, les cordes vocales de ta gorge se ferment d'un coup, ce qui fait le bruit « hic ». Le hoquet peut être embêtant, mais il est en général sans danger, et il s'arrête tout seul au bout d'un moment.

Ta pompe de la respiration t'aide aussi à parler, à chanter et à rire. Ta voix se forme quand l'air des poumons sort en passant par les cordes vocales de ta gorge et les fait vibrer. Pour chanter une longue note, tu laisses sortir l'air lentement et régulièrement. Pour rire, ton diaphragme et les muscles de ton ventre donnent de petites poussées rapides, l'une après l'autre. Chaque mot que tu dis sort de ton corps porté par un souffle d'air.

Le tronc cérébral, un gardien qui ne dort jamais

Pense un instant à ta respiration. Tu peux choisir de prendre une grande inspiration, de respirer lentement, ou de retenir ton souffle quelques secondes avant de mettre ton visage dans l'eau à la piscine. Mais la plupart du temps, tu ne penses pas du tout à respirer. Tu respires pendant que tu lis, pendant que tu déjeunes, pendant que tu joues, et toute la nuit pendant que tu dors profondément. Alors, qui commande quand tu ne fais pas attention ?

La réponse, c'est le tronc cérébral, la partie du cerveau que tu as rencontrée au chapitre 3 et de nouveau dans le chapitre précédent. Le tronc cérébral se trouve tout en bas du cerveau, là où le cerveau rejoint la moelle épinière, le long faisceau de nerfs qui descend à l'intérieur de ta colonne vertébrale. Le tronc cérébral s'occupe de beaucoup de travaux qui te gardent en vie sans que tu aies besoin d'y penser, et la respiration est l'un des plus importants de ces travaux.

À l'intérieur du tronc cérébral, des groupes de cellules nerveuses envoient un rythme régulier de signaux, comme un batteur qui donne le rythme à un orchestre. Chaque signal voyage le long des nerfs jusqu'au diaphragme et aux muscles des côtes et leur dit : « Serrez-vous maintenant. » Entre les signaux, les muscles se relâchent. Coup de tambour, on inspire. Pause, on expire. Le rythme continue, heure après heure et année après année.

Le tronc cérébral ne fait pas que garder un rythme régulier. Il écoute aussi les rapports de minuscules capteurs dans le corps. Certains de ces capteurs se trouvent dans le tronc cérébral lui-même, et d'autres sont placés à côté de gros vaisseaux sanguins dans le cou et près du cœur. Les capteurs contrôlent sans cesse le sang, surtout la quantité de dioxyde de carbone qu'il transporte. Quand le dioxyde de carbone commence à s'accumuler, par exemple pendant que tu cours, les capteurs envoient un message, et le tronc cérébral dit à la pompe de travailler plus vite et plus fort.

C'est pour cela que personne ne peut retenir son souffle très longtemps. Si tu retiens ton souffle, le dioxyde de carbone s'accumule lentement dans ton sang. Bientôt, les capteurs donnent l'alarme, et le tronc cérébral envoie des signaux de plus en plus forts, jusqu'à ce que tu ne puisses tout simplement plus t'empêcher de respirer. Ce système de sécurité est plus fort que ta propre envie. Malgré tout, retenir son souffle longtemps n'est pas un bon jeu, surtout dans l'eau. Respirer doit toujours être facile et confortable.

Ton tronc cérébral est un gardien qui ne fait jamais de pause. Quand tu dors, ta respiration devient plus lente et plus régulière, mais elle continue toute la nuit. Même pendant que tu rêves que tu voles au-dessus des montagnes ou que tu nages avec des baleines, le batteur de ton tronc cérébral garde le rythme, et ton diaphragme continue à faire entrer et sortir l'air.

Comment la pompe te protège

Maintenant, tu as rencontré beaucoup de gardiens qui protègent tes poumons : les poils et le mucus de ton nez, les amygdales de ta gorge, l'épiglotte, l'escalator de minuscules poils dans la trachée et les cellules nettoyeuses dans les alvéoles. La pompe de la respiration n'a peut-être pas l'air d'un gardien, mais beaucoup de ces autres gardiens ne pourraient pas faire leur travail sans elle.

Premièrement, la pompe donne de la puissance à la toux et aux éternuements. Comme tu l'as appris au chapitre 3, avant de tousser, tu prends une inspiration rapide. Puis les cordes vocales se ferment bien fort, et les muscles du ventre et des côtes serrent fort, ce qui fait monter la pression dans la poitrine. Soudain, les cordes vocales s'ouvrent, et un fort jet d'air remonte la trachée à toute vitesse, en emportant avec lui du mucus, de la poussière ou une miette égarée. Sans une pompe de la respiration puissante, les sorties de secours dont tu as lu la description plus tôt dans ce livre ne seraient que de petits souffles faibles.

Deuxièmement, les grandes respirations aident à garder les poumons propres et ouverts. Quand tu respires très doucement pendant longtemps, certains des minuscules sacs d'air au fond des poumons peuvent ne pas se remplir complètement. Toutes les quelques minutes, sans t'en rendre compte, tu pousses un soupir, une respiration un peu plus grande que d'habitude. Les soupirs, avec les grandes respirations que tu prends quand tu cours, ris ou joues, rouvrent ces recoins tranquilles en les étirant. Les grandes respirations aident aussi l'escalator de minuscules poils à faire remonter le mucus et à l'emporter. C'est l'une des raisons pour lesquelles bouger est si bon pour tes poumons.

Troisièmement, la pompe s'adapte quand ton corps combat des microbes. Quand tu es malade, ton corps travaille dur en coulisses, et il a souvent besoin de plus d'oxygène que d'habitude. Le tronc cérébral le remarque et peut te faire respirer un peu plus vite. Ainsi, la pompe de la respiration change sa vitesse pour l'adapter à ce dont ton corps a besoin, que tu fasses la course avec un ami ou que tu te reposes au lit. Si respirer te semble un jour difficile ou désagréable, c'est important de le dire tout de suite à un grand.

Quatrièmement, la pompe travaille avec ton nez. Quand tu inspires calmement par le nez, l'air avance assez lentement pour être réchauffé, humidifié et filtré avant d'arriver à tes poumons. Le diaphragme donne le rythme, et le nez fait le nettoyage. Respirer calmement par le nez, le jour comme la nuit, permet à ces deux gardiens de travailler en équipe.

Enfin, souviens-toi que la pompe a besoin de soins, comme chaque membre d'une équipe. Garder le dos bien droit, sur une chaise comme debout, donne au diaphragme de la place pour bouger. Courir, nager, grimper et danser rendent les muscles de la respiration plus forts. Et si un jour respirer te semble difficile, serré ou bruyant d'une façon nouvelle, dis-le à un grand, pour que ce grand puisse en parler à un médecin s'il est inquiet.

Chaque respiration que tu prends est un petit travail d'équipe. Le tronc cérébral donne le signal. Le diaphragme descend, et les côtes s'écartent. Les poumons s'étirent, et l'air frais entre à toute vitesse, passe devant tous les gardiens et descend jusqu'aux minuscules ballons où le train rouge attend. Puis la pompe se relâche, et le vieil air ressort. Dans le prochain chapitre, tu vas découvrir ce qui se passe les jours où des microbes réussissent à passer les gardiens, et comment tout ton corps travaille ensemble pour riposter.

Mots clés

Diaphragme : une feuille de muscle en forme de dôme sous les poumons. Quand le diaphragme se serre et s'aplatit, l'air entre dans les poumons.

Se contracter : ce que fait un muscle quand il se serre et devient plus court. C'est en se contractant que les muscles tirent sur les parties du corps et les font bouger.

Côtes : les os courbés qui entourent la poitrine. Ensemble, ils forment la cage thoracique, qui protège le cœur et les poumons et qui bouge quand tu respires.

Muscles intercostaux : de fins muscles entre les côtes. Ils soulèvent les côtes vers le haut et vers l'extérieur pour agrandir la poitrine quand tu inspires.

Plèvre : deux couches fines et lisses autour de chaque poumon, avec un peu de liquide glissant entre elles. Elles permettent aux poumons de glisser facilement quand la poitrine bouge.

Pression : la force avec laquelle l'air ou l'eau est serré. L'air va toujours d'un endroit où la pression est plus forte vers un endroit où elle est plus faible.

Fréquence respiratoire : le nombre de respirations que tu prends en une minute. Elle augmente quand tu bouges et diminue quand tu te reposes.

Tronc cérébral : la partie du bas du cerveau, là où le cerveau rejoint la moelle épinière. Il fait marcher la respiration et d'autres travaux qui te gardent en vie, sans que tu aies besoin d'y penser.

Hoquet : un serrage soudain et saccadé du diaphragme, suivi de la fermeture rapide des cordes vocales, qui fait le bruit « hic ».