ANATOMIE ET PHYSIOLOGIE DE L’appareil ventilatoire (adaptées à la phonation)

 


 

 

Anatomie et physiologie de l'appareil ventilatoire


L’appareil ventilatoire, soufflerie de l’appareil de la phonation, appartient à l’appareil respiratoire.

Le but premier de la ventilation est d’amener l’air à l’intérieur des poumons afin de permettre l’hématose (passage de l'oxygène de l'air vers le sang au niveau des alvéoles pulmonaires et libération de CO2 et d’eau).

Mais on utilise également la ventilation pour parler et chanter, car la voix se construit à partir de la mise en vibration des cordes vocales par l’air expiré. Les modalités de la ventilation au cours de ces diverses fonctions, respiration ou voix, ne sont pas identiques puisque la finalité du geste respiratoire n’est pas la même.

Chaque acte respiratoire voit se succéder une inspiration, qui permet l’entrée d’air riche en 02 dans les poumons, et une expiration qui libère l’air chargé en CO2 dans notre environnement. En matière de voix, l’inspiration prépare la phonation, l’expiration la produit.




I- Rappel anatomique de la cage thoracique et de son contenu


Les poumons, organes respiratoires à proprement parler, la trachée et les bronches (voies aérifères), le coeur et les gros vaisseaux qui s'en détachent, sont tous contenus dans la cage thoracique, séparés de la cavité abdominale par le diaphragme.


A-Les poumons et les voies aérifères


Faisant suite au larynx situé au niveau cervical, la trachée est un canal semi-rigide situé entre les lobes supérieurs des deux poumons. Ce canal est cartilagineux sur les ¾ de sa circonférence, le ¼ restant, postérieur, étant membraneux.

La trachée se divise en deux bronches souches droite et gauche qui pénètrent chacune dans le poumon correspondant au niveau du hile pulmonaire.

À l'intérieur du poumon chaque bronche va se diviser en arborescence jusqu'à la partie terminale appelée bronchiole qui communique avec l’alvéole, unité structurelle fonctionnelle du poumon, où auront lieu les échanges gazeux avec le sang.

Parallèlement à la division bronchique, les vaisseaux (artères et veines pulmonaires) vont conduire le sang riche en CO2 (résidu de l'activité respiratoire des cellules), qui sera expulsé au cours de l'expiration après passage dans l'alvéole.

En même temps, l'oxygène de l'air amené par l'inspiration, passe dans le sang à travers l’alvéole.


Les poumons de l'homme ont une forme de pyramide à base inférieure et sommet supérieur. Le but des poumons étant de contenir un certain volume d’air, on voit d’emblée que la partie inférieure des poumons contiendra beaucoup plus d’air que la partie supérieure. Le poumon droit est constitué de trois lobes, le gauche de deux lobes seulement car il abrite le coeur.


Tous les tissus constituant l'appareil broncho-pulmonaire renferment, aussi bien au niveau des bronches que du poumon lui-même, des fibres élastiques mêlées au tissu conjonctif.

Des variations de volume importantes vont pouvoir intéresser l'appareil broncho-pulmonaire tout entier.

Le système élastique de l'appareil respiratoire va permettre aux bronches de s'ouvrir à l'inspiration et de se rétrécir à l'expiration, d'allonger ou de réduire leur longueur dans le même temps. L'enveloppement de toutes les alvéoles par le tissu élastique permet aux poumons de se gonfler puis d'évacuer l'air.

Rien ne serait possible sans cet élément élastique majeur de l'appareil respiratoire. Il irradie à partir d'un noeud central situé dans la région du hile du poumon, gagne le poumon par toutes les voies de pénétration, le découpe en lobules et se ramifie autour de toutes les alvéoles. L'intégrité de cet appareil élastique est une nécessité absolue pour que le fonctionnement respiratoire soit normal.


    B- La cage thoracique


Chez l'homme, comme chez les autres vertébrés, les poumons sont situés à l'intérieur du thorax, véritable cage ostéo-catilagineuse rigide mais non immobile.


Lorsqu'on inspire, la cage thoracique s'ouvre dans toutes ses dimensions, alors que pendant l’expiration, elle se rétracte. Comment cette cage peut-elle contenir jusqu’à 5 litres d’air ? Comment peut-elle expirer plus de 3 litres au cours d’une expiration ? Comment une structure rigide peut-elle se déformer autant ?

Chaque segment osseux constituant la cage thoracique est uni à son voisin par un cartilage ou une articulation, ce qui permet au système d’avoir un certain degré de mobilité. L’orientation, les courbures, le type d’articulation de chaque structure osseuse déterminent les possibilités de mouvements de la cage thoracique dans son entier.


La cage thoracique est constituée en arrière par la colonne vertébrale dorsale (douze vertèbres) et en avant par le sternum. Latéralement le thorax est constitué par douze paires de côtes. La cage thoracique se fixe sur la colonne vertébrale dorsale et ses mouvements dépendent grandement de ceux de la colonne cervicale et du bassin.


1-Le sternum


Le sternum a la forme d’une lame verticale, située directement sous la peau de la partie antérieure et médiane du thorax, est formé de 3 pièces osseuses :

-la pièce supérieure, de forme carrée, est appelée manubrium sternal. Cette pièce oblique vers le haut et l’arrière, fait avec la pièce intermédiaire un angle très ouvert, appelé angle de Louis. Le manubrium peut se verticaliser en se déplaçant sa partie haute vers l’avant. Ce déplacement augmente la diamètre antéro-postérieur du thorax et donc le volume de la partie supérieure des poumons. Les muscles responsables du mouvement du manubrium sternal appartiennent au cou. Il s’agit essentiellement du muscle sterno-cléïdo-mastoïdien et des muscles sous-hyoïdiens. Pour développer leur action au niveau du manubrium sternal, leur attache fixe doit être au niveau du crâne, de l’os hyoïde et du larynx. Déplacer le manubrium vers l’avant pour agrandir le volume de la partie haute des poumons entraîne inévitablement une réduction de la souplesse de l’étage cervical, donc du larynx.

-la pièce intermédiaire, plus longue, appelée sternum, est oblique vers le bas et l’arrière. Le sternum peut déplacer sa partie inférieure vers l'avant et ainsi se verticaliser. Ce déplacement, lié à la contraction du diaphragme, a pour conséquences de déplacer la partie antérieure des côtes vers l’avant, mais également de les écarter les unes des autres, agrandissant ainsi le volume de la partie basse des poumons.

-La pièce inférieure, appendice xyphoïde, est en continuité avec le sternum dont elle constitue la pointe. Elle est solidaire du sternum dans ses déplacements


Sur la partie inférieure du sternum s’insère le muscle grand droit de l’abdomen : quand il se contracte en prenant appui sur le pubis, il tire le sternum vers le bas, l’empêchant de se déplacer vers l’avant. Ce muscle s’oppose à la dilatation de la cage thoracique.


2-La colonne vertébrale thoracique ou dorsale


La colonne vertébrale est constituée par un empilement d’une trentaine de vertèbres dont l’anatomie varie en fonction des étages cervical, thoracique, lombaire et sacro-coccygien. Le rôle premier de la colonne vertébral est de constituer un manchon protecteur rigide pour protéger et contenir la moelle épinière et les racines nerveuses motrices et sensitives à destination de l’ensemble du corps. La colonne vertébrale a également un rôle très important dans la station debout : elle assume la charge du poids du corps, participe au maintien de l’équilibre tout en assurant un grand degré de liberté aux membres supérieurs et inférieurs. Malgré sa rigidité, elle est elle aussi capable d’une grande quantité de mouvements : inclinaison, flexion, extension, rotation. Ceci est permis par la présence d’articulations complexes entre les corps vertébraux, et celle de muscles, pré et péri-vertébraux : l’ensemble confère à la colonne vertébrale stabilité, solidité et mobilité.


Vue de profil, la colonne vertébrale présente des courbures naturelles, différentes en fonction des étages observés. Les régions cervicale et lombaire présentent une lordose, la région dorsale et sacro-coccygienne une cyphose. Ces courbures ne sont pas fixées : elles peuvent s’effacer ou au contraire s’accentuer, modifiant ainsi la dynamique de l’ensemble de la colonne, mais également le fonctionnement des muscles vertébraux.


La colonne vertébrale thoracique présente une courbure de type cyphose dont le sommet correspond à la 8 vertèbre dorsale (T8).

Au cours du mouvement d’inspiration, l’axe vertébral se redresse, effaçant la cyphose. Cette modification d’alignement des vertèbres étire les muscles prévertébraux, qui ont alors une contraction réflexe appelée réflexe myotatique.

Ainsi, à l'inspiration, l'axe vertébral dorsal se rigidifie par une réaction stabilisatrice du rachis. Le support axial ainsi solidifié offre un arrimage ferme à l’arc costal et aux muscles inspirateurs.

Pour faciliter encore l’effacement des courbures vertébrales, le bassin se rétroverse et le sacrum se verticalise.

La huitième vertèbre dorsale devient le pivot autour duquel s'organisent les courbures dorso-lombaire et dorso-cervicale, car c'est sur elle que doivent s'aligner les autres vertèbres lors du redressement des courbures résultant du mouvement anti-gravitaire.

À l'expiration, les courbes réapparaissent par l'abandon du tonus anti-gravitaire, les côtes s’abaissent et  les courbures vertébrales réapparaissent par le relâchement du tonus musculaire.

Inspiration et expiration rythment donc les courbures vertébrales.


Les mouvements de la colonne dorsale dans le plan frontal (mouvements latéraux reproduisant les déformations de type « scoliose »)  sont à éviter pour la phonation car ils limitent les possibilités d’extension et de flexion. Au contraire, la recherche d’une symétrie de la posture est un élément important au cours de la rééducation (attention aux musiciens aux instruments « asymétriques » comme la flûte traversière, le violon…)






3-Les côtes


En unissant le sternum et la colonne thoracique, les côtes ferment latéralement le thorax, devenant ainsi les barreaux de la cage thoracique.

Les 12 paires de côtes ont toutes une attache postérieure sur la colonne dorsale ; en avant seules les 7 paires supérieures se fixent directement sur le sternum, Les 3 suivantes se fixant par une attache cartilagineuse sur la côte sus-jacente, les 11ème et 12ème paire étant dites « flottantes », sans attache antérieure.


Chaque côte s'articule en arrière sur la vertèbre thoracique correspondante en 2 endroits. L'orientation du segment costal compris entre les articulations costo-vertébrale et costo-transversale détermine la direction de l'axe de rotation de la côte. En position de repos thoraco-pulmonaire, la côte présente une déclivité postéro-antérieure. À l'inspiration, les muscles inspirateurs (intercostaux externes) la font pivoter et elle se soulève alors jusqu'à l'horizontale. Ceci a pour conséquence d'ouvrir l'espace thoracique dans toutes ses dimensions. L'axe de rotation costale est orienté différemment pour les côtes de l'étage thoracique supérieur et celle de l'étage inférieur : ceci joue un rôle déterminant notamment dans le chant. Pour les côtes supérieures, l'élévation costale entraîne une augmentation plus importante du diamètre antéro-postérieur du thorax et, par conséquent, l'ouverture costale sera surtout antérieure. Pour les côtes inférieures, l'élévation de la côte entraine surtout une augmentation du diamètre transversal du thorax et par conséquent, l'ouverture costale sera à prédominance latérale. Le volume d’air à chaque inspiration sera ainsi beaucoup plus important lors de la mobilisation des côtes inférieures : d’une part, la partie basse des poumons est plus volumineuse puisque ils ont une forme pyramidale, mais d’autre part, les capacités de dilatation de la cage thoracique sont beaucoup plus importantes à ce niveau.


Les côtes peuvent avoir des mouvements dans les trois axes :

-- dans le plan horizontal : mouvement d'avancée ou de recul des extrémités antérieures, augmentant le diamètre antéro-postérieur de la cage thoracique

-- dans le plan frontal : mouvement de montée et de descente de la partie latérale des côtes en «anse de seau », en prenant pour points fixes le sternum et la colonne vertébrale (augmentation du diamètre transversal)

-- dans le plan sagittal : mouvement d'ascension de la partie antérieure de la côte à l'inspiration, « en poignée de pompe » (augmentation du diamètre antéro- postérieur)


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    4- La colonne cervicale


Le rachis cervical est composé de sept vertèbres. Les deux premières vertèbres cervicales ont reçu respectivement le nom d'atlas et d'axis : ces 2 vertèbres ont des fonctions spécifiques, et présentent une structure anatomique très différente de celle des autres vertèbres cervicales.

- Atlas : axe du « oui »

L’atlas est le nom donné par les anatomistes à la première vertèbre cervicale en référence au titan condamné par Zeus à soutenir la voûte céleste sur ses épaules. L’atlas est articulé avec le crâne, lui offre un appui et peut, par l'action des muscles rachidiens profonds, le repousser vers le haut. Le mouvement de la tête sur la première vertèbre cervicale est celui du mouvement de l'acquiescement.

Bien que de faible amplitude, ce mouvement est fondamental car il permet également la détente musculaire nécessaire à la mise en place des ajustements cervico-mandibulaires et posturaux pour la phonation, et en particulier pour le chant.

- Axis : axe du « non »

Le rôle fonctionnel de l'axis est surtout lié à son apophyse odontoide qui prévient le tassement du rachis supérieur en assurant un espace de sécurité entre le crâne et la deuxième vertèbre cervicale. Le mouvement de négation résulte d'une mise en spirale des vertèbres cervicales, l'une entraînant l'autre dans une rotation étagée partant de l'occiput.


L'étage cervical est ainsi un segment en perpétuel mouvement conçu comme un ressort et étayé par des amarres élastiques. Au repos, il est en lordose, prêt à l'action. A l’inspiration, la courbure s’efface dans un mouvement global de la colonne vertébrale.

Les muscles pré-vertébraux positionnent la colonne cervicale : trop sollicités, ils entrainent des douleurs cervicales. Sous utilisés, ils deviennent hypotoniques et sont également à l’origine de cervicalgies.

Insérés sur la partie antérieure des corps vertébraux, ces muscles exercent une traction vers le bas de la partie antérieure de la base du crâne. Cette traction a pour conséquence de maintenir le crâne en flexion et d’étirer les muscles postérieurs profonds. Etirés, ces muscles se contractent de manière réflexe et tirent la partie postérieure des vertèbres vers le haut. Ce mécanisme a pour effet d’étirer la colonne vertébrale cervicale, en effaçant ses courbures. Ce mouvement se propage de proche en proche sur toute la hauteur de la colonne vertébrale, dans un mouvement global de redressement anti-gravitaire.

« Repousser l’atlas vers le ciel » pendant l’inspiration permet un redressement de la colonne cervicale. Ce mouvement s’accompagne d’un abaissement du menton (mouvement de flexion du crâne « oui »), sans bien entendu que le menton ne s’écrase sur le larynx. De ce fait, la mandibule reste libre et les muscles sus-hyoïdiens relâchés.


Ainsi, au cours de l’inspiration, le redressement de la colonne vertébrale a pour effet d’effacer la lordose cervicale. Si ce mouvement se fait correctement, c’est à dire  en guidant le sommet du crâne vers le ciel et en fléchissant la partie antérieure du crâne, le larynx se trouve alors libéré des contraintes musculaires et peut se mobiliser librement. Dans le même temps, la mâchoire va elle aussi se libérer des contractions musculaires et le jeu des résonateurs en sera facilité. Enfin, le redressement cervical permet de libérer un espace en arrière du pharynx et d’allonger le larynx en facilitant sa détente, ce qui favorise l’émission des sons aigus chez le chanteur notamment.




    5- La colonne dorso-lombaire et le bassin


La colonne lombaire fait suite à la colonne thoracique et ses courbures influencent forcément les possibilités de mouvement de cette dernière.

Ainsi, pour faciliter l’effacement de la courbure thoracique pendant l’inspiration, il va être intéressant d’effacer la lordose lombaire en basculant vers l’avant le bassin.

La cavité abdominale repose sur le bassin, qui est un réceptacle (une « cuvette ») pour les viscères abdominaux mais également les organes uro-génitaux (qui occupent le « petit » bassin).

Le petit bassin est délimité par le sacrum, les os iliaques, la symphyse pubienne et le coccyx, structures sur lesquelles s’insèrent des muscles, fascias, ligaments, aponévroses… constituant le plancher pelvien.

Lorsque les pressions intra-abdominales augmentent, elles vont se diriger en avant et en bas, vers l’ombilic et le pubis. L’ombilic sert de poulie de réflexion pour renvoyer ces forces vers le bas et l’arrière au niveau du périnée postérieur. Les viscères abdominaux, lors de la poussée diaphragmatique, se déplacent vers le bas et viennent s’appuyer sur le noyau fibreux central du périnée. Cette paroi musculaire périnéale va d’abord se laisser distendre puis, par une contraction réflexe ascensionnelle, va contrer la pression descendante des viscères abdominaux qui vont s’immobiliser, sous les pressions équilibrées du diaphragme, de la sangle abdominale et du diaphragme.

En cas de lordose trop prononcée, l’axe du bassin est dévié et la poussée abdominale se fait vers l’avant du périnée, ce qui le fragilise (risque distension de la paroi pelvienne avec fuites urinaires chez la femme…) et diminue la contre-poussée périnéale, donc l’équilibre des forces périnéo-abdomino-diaphragmatique.


L’inspiration dépasse donc largement la cage thoracique et les poumons, et on peut parler, en ce qui concerne le contrôle de la ventilation, d’une enceinte périnéo-abdomino-diaphragmatique.


    C- Le diaphragme


Le diaphragme est un muscle ayant la forme d'un couvercle creux situé dans un plan horizontal, qui ferme en bas la cage thoracique et sépare le contenu du thorax de celui de la cavité abdominale. Il a globalement la forme d’un parachute à 2 coupoles convexes vers le haut.

Le diaphragme est constitué d’une mutitude de muscles digastiques (2 corps musculaires séparés par un tendon) : chacun de ces muscles se fixe en périphérie sur la cage thoracique, en avant sur la pointe du sternum, latéralement sur les côtes inférieures, et en arrière sur les deuxième et troisième vertèbres lombaires.  Les tendons s’entrecroisent dans le centre du diaphragme et composent le centre tendineux appelé « centre phrénique». Cette zone est percée de plusieurs orifices où passent des organes venant du thorax et à destination de l’abdomen (l’aorte, la veine cave, l’oesophage, les nerfs vague droit et gauche...). À partir du centre tendineux les fibres musculaires du diaphragme se disposent ainsi en rayon, comme le diaphragme d’un appareil photo.


Le diaphragme agit comme une membrane souple qui sépare le thorax de l'abdomen, mais aussi comme un piston : lors de la phase inspiratoire, sa descente vers l’abdomen tire vers le bas le tissu pulmonaire et provoque son augmentation de volume. Cette augmentation de volume permet, on le verra plus tard, de baisser la pression intra-pulmonaire, à l’origine de l’inspiration.


1- Les différents modes d’action du diaphragme


Au repos le diaphragme relâché est convexe vers le haut, les fibres musculaires rayonnent en partant de son centre fibreux (ou centre phrénique). En se contractant, les fibres musculaires abaissent le centre phrénique. Dans sa descente, le centre phrénique rencontre la résistance viscérale abdominale.

Pour l’inspiration ventilatoire, il n’est pas nécessaire de mobiliser de manière importante le diaphragme : une dénivellation de 2 cm suffit à remplir 500 ml d’air à chaque inspiration. L’expiration, très courte, se fait de manière passive, par relâchement de la contraction du diaphragme et retour à la position de repos des structures déplacées au cours de l’inspiration.

Au cours de la phonation, la ventilation se modifie considérablement : la durée d’expiration augmente puisqu’elle assure la phonation (durée de phonation= durée d’une rhèse), de nouvelles forces entrent en jeu ainsi que de nouvelles résistances. Des volumes beaucoup plus importants vont être mobilisés, les débits vont changer… L’expiration devient active et l’inspiration se modifie considérablement.


a- L’appui sur la masse viscérale abdominale

Au cours du premier temps de la phase inspiratoire, le point fixe des fibres musculaires diaphragmatiques se trouvent sur les côtes, le sternum et la colonne lombaire. En se contractant, le diaphragme abaisse son centre phrénique en repoussant les viscères abdominaux, tandis que la paroi abdominale et le périnée se distendent passivement sous l’effet de la poussée diaphragmatique.


b- L’élévation des côtes

Dans un second temps, au moment où le diaphragme rencontre la résistance des viscères provoquée à la fois par la masse viscérale incompressible et le réflexe myotatique des muscles abdominaux et du périnée, il ne peut pas descendre d’avantage : le centre phrénique devient alors le point d’appui fixe des fibres musculaires diaphragmatiques, qui, du fait de leur disposition radiaire, vont alors élever les côtes inférieures et élargir la cage thoracique dans tous ses diamètres.


 Une erreur fréquente de représentation du mouvement diaphragmatique vient de la confusion de celui-ci avec le mouvement costal qui lui est inversé : en effet, quand le diaphragme s’abaisse, les côtes montent… et vice versa…


L’appareil thoraco-pulmonaire répond à des lois pneumatiques, puisque les poumons sont remplis d’air, et le contenu abdominal à des lois hydrauliques dans la mesure où celui-ci se comporte comme une masse liquide. Au contraire des gaz qui sont compressibles (c’est à dire dont la pression peut varier), les liquides sont incompressibles.

Le diaphragme en s’abaissant va repousser vers le bas les viscères abdominaux qui se déplacent pour chercher une issue. La masse viscérale va à son tour prendre appui sur des zones de moindres résistances et les déformer : la paroi abdominale par exemple, qui va gonfler vers l’avant au fur et à mesure de la descente diaphragmatique. Ainsi, « gonfler » le ventre pendant l’inspiration n’est pas un but en soi : c’est la conséquence naturelle de la descente diaphragmatique. Mais si les muscles de la paroi abdominale sont trop contractés, ou si la personne, croyant bien faire « rentre » son ventre en inspirant, les viscères ne peuvent se déplacer vers l’avant, et ils bloquent la descente diaphragmatique, entravant le jeu respiratoire.

Une autre issue possible, mais très limitée, pour les viscères abdominaux est de tenter de repousser le périnée : très rapidement, à ce niveau, la poussée abdominale déclenche une contraction réflexe (salvatrice). Cette contre-poussée exercée par les muscles du périnée sur la masse viscérale permet, notamment pour le chanteur, d’avoir un contrôle supplémentaire pour le réglage des pressions au cours du chant.


c- Effet de la position du diaphragme


Au début d’une inspiration, le diaphragme est d’autant plus haut dans le thorax qu’il est relâché et que les viscères abdominaux, contenus par la paroi abdominale poussent vers le haut le centre phrénique.

Lorsque l’inspiration démarre, la contraction du diaphragme abaisse le centre phrénique qui prend alors appui sur les viscères abdominaux en exerçant sur eux une pression de haut en bas. Dans cette position (centre phrénique situé plus haut que les dernières côtes), les fibres rayonnantes du diaphragme, en se contractant vont élever les côtes et faciliter ainsi leurs mouvements respiratoires, élargissant la cage thoracique dans tous ses diamètres.

Par manque de tonus abdominal, ou par un mouvement artificiel de dilatation de la paroi abdominale, les viscères peuvent laisser descendre le diaphragme à la hauteur des dernières côtes, avant même que ne démarre la contraction diaphragmatique. Lorsque l’inspiration démarre,  les côtes ne peuvent s’élever car elles sont dans l'impossibilité de s’horizontaliser comme elles le font pendant l'inspiration avec un centre phrénique en position haute. C'est ce qui se passe quand un sujet inspire en gonflant exagérément le ventre. Ce mode respiratoire entrave le bon fonctionnement costal et donc l’inspiration.


Ainsi, à l'inspiration, la poussée viscérale sur le périnée et sur les muscles de la paroi abdominale déclenche une contraction réflexe de ses muscles consécutive à l'étirement. Les viscères ainsi contenus par la contraction abdominale offrent au centre phrénique un appui en position haute. La contraction du diaphragme va permettre au jeu costal de s'accomplir de manière optimale. En fin de mouvement inspiratoire, diaphragme est aplati et élargi, ouvrant tous les diamètres du thorax.


Dans la respiration phonatoire, tout est histoire d’équilibre et de nuances : en fonction du type de phonation, on va utiliser différents types de schémas fonctionnels, en particulier diaphragmatiques.


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    D- La plèvre


La plèvre constitue l'enveloppe des poumons. Cette enveloppe est faite de deux feuillets accolés :

- le feuillet interne :

Ce feuillet interne est dit feuillet viscéral car il constitue la surface même du poumon, au sein de laquelle toutes les cloisons qui séparent les lobules se réunissent des forment une couche continue de tissu conjonctif. Ce feuillet est indissociable du poumon.

- le feuillet externe :

Le feuillet externe ou feuillet pariétal est une membrane qui tapisse en y adhérant la face interne de la cage thoracique et la face supérieure du diaphragme.


Entre les deux feuillets de la plèvre existe une couche extrêmement mince de substances protidiques, véritable espace virtuel « soudant » les deux feuillets l'un à l'autre, par le biais d’une pression négative constante.

La plèvre ainsi constituée est un système d'amarrage du poumon à la cage thoracique et au diaphragme, rendant ces deux éléments solidaires au cours de leurs différents mouvements.

Si l'adhésion est rompue, par exemple par l'introduction accidentelle d'air (pneumothorax), le poumon se rétracte fortement et la cage thoracique se dilate, du fait de leur élasticité respective.



En effet, poumons et cage thoracique ont leurs propres caractéristiques élastiques. Le poumon séparé de ses attaches thoraciques va se rétracter sur lui même et occuper le plus petit volume possible. Arrimé à la cage thoracique, le poumon subit en permanence une force de rappel  (force de relaxation) qui tend à le rétracter.

La cage thoracique, sans les poumons, se dilate au maximum et occupe le plus grand volume permis par les structures ostéo-cartilagineuses qui la composent. Arrimée aux poumons qui tendent à se rétracter, la dilatation de la cage thoracique est limitée et elle subit en permanence une force de rappel qui tend à la dilater.

Ainsi, le système thoraco-pulmonaire est en permanence soumis à une double contrainte élastique : la force de rappel « de rétraction » des poumons et la force « de dilatation » de la cage thoracique. Dans la position de repos du système (à la fin d’une expiration du volume courant, ou lorsque l’individu est mort…) le système est à l’équilibre : les forces élastiques se compensent parfaitement, il n’y a aucun mouvement. A chaque fois que le système sort de cette position d’équilibre, les forces de rappel élastiques vont entrer en action pour le ramener à sa position de repos.

La ventilation est une lutte entre les forces musculaires, qui dilatent ou rétractent le système, et les forces élastiques qui tendent à le replacer dans sa position de repos. Dans la phonation, un grand nombre de difficultés provient de la non-maîtrise de ces forces.








 

 

II-          PHÉNOMÈNES MÉCANIQUES DE LA RESPIRATION

 

Tout acte respiratoire comporte deux temps : l'inspiration et l'expiration.

Pour que l'inspiration se produise, il faut que la pression à l'intérieur du poumon devienne inférieure à la pression atmosphérique : l'air se déplace alors du lieu de haute pression vers le lieu de basse pression.

Au cours de l'inspiration, l'air pénètre à travers le nez ou la bouche, chemine dans le pharynx, puis le larynx, puis la trachée et les bronches vers les alvéoles pulmonaires.

Le deuxième temps de la respiration est l'expiration : elle se produit quand la pression à l'intérieur du poumon devient supérieure à la pression atmosphérique. L'air s'écoule alors en sens inverse jusqu'à l'extérieur du corps.

L’air, comme tous les gaz, vérifie la formule suivante : PV=nRT

 

P : pression

V : volume

n : quantité de matière

T : température

R : constante des gaz parfaits

 

Ainsi, pour faire varier la pression, on peut jouer sur le volume, la quantité de matière ou la température. Pour la respiration, le seul facteur variable à notre disposition est la variation de volume.

 

Ces deux processus, inspiration et expiration, sont la résultante d'une lutte entre des forces musculaires actives et des forces élastiques passives.

 

 

A-                INSPIRATION

 

Le mouvement inspiratoire se caractérise par un agrandissement de la cage thoracique dans toutes ses dimensions, d'où une dilatation du poumon qui est solidaire des parois du thorax grâce à la plèvre.

Le diaphragme représente la principale force musculaire inspiratoire. Il est également la force inspiratoire obligatoire: chaque acte inspiratoire sollicite au minimum le diaphragme.

Quand il se contracte il abaisse ses deux coupoles et refoule le contenu abdominal vers le bas et vers l’avant, si la paroi abdominale est relâchée.

L’impulsion motrice du diaphragme est considérable, avec une dénivellation maximum de huit centimètres entre sa position expiratoire (relevée dans le thorax) et sa position inspiratoire maximale (abaissée dans la cavité abdominale). Bien entendu, une telle dénivellation n’est pas toujours nécessaire. Lors de la ventilation de repos (lorsque la personne n’a comme seule activité celle de respirer), la dénivellation est de 2 cm.

 

 

La contraction du diaphragme entraîne son aplatissement et l'augmentation de volume de la cavité thoracique dans les trois dimensions de l’espace :

-- horizontale et sagittale (d’arrière en avant)

-- horizontale et frontale (latéralement)

-- verticale (abaissement)

 

 

Ce mouvement de dilatation du thorax au cours de l'inspiration est lié à un mouvement d'écartement des côtes, qui est complété par la contraction des muscles intercostaux externes (élévateurs de l'arc costal), et parfois par certains muscles du cou qui peuvent élever les côtes supérieures : muscle scalène, muscle sterno-cléïdo-mastoïdien (ces muscles interviennent dans l'inspiration forcée, leur contraction dessine le creux sus-claviculaire et sus-sternal,).

D’autres muscles peuvent devenir inspirateurs : c’est le cas des muscles qui s’insèrent sur la cage thoracique et se terminent sur le membre supérieur : grand dorsal au niveau du dos, les pectoraux au niveau de la face antérieur du thorax.

Les muscles du cou et du dos, tout comme les muscles intercostaux externes, sont des muscles inspirateurs accessoires.

 

Ainsi, les muscles inspirateurs sont :

- le diaphragme

- les muscles intercostaux externes

- les muscles du cou (profonds et superficiels)

- les muscles du dos et les pectoraux

 


B-                          EXPIRATION

 

 

Le mouvement expiratoire se produit  d'une manière purement passive au cours de la respiration ventilatoire. En effet, les structures élastiques pulmonaires peuvent être assimilées à des ressorts qui ont été étirés hors de leur position d'équilibre pendant l'inspiration. Quand les forces inspiratoires cessent, ces structures tendent à reprendre leur position de repos, ce qui entraîne un abaissement des côtes et une remontée du diaphragme.

 

Quand le mouvement expiratoire doit être plus rapide, plus prolongé, ou quand il faut obtenir une pression expiratoire plus élevée (souffler le plus vite possible, souffler des bougies, émettre un son…), l’expiration doit devenir active. Les muscles expiratoires entrent alors en jeu :

 

-- muscles abdominaux (sangle abdominale) : Il s'agit des muscles transverse, petit oblique, grand oblique, grand droit.

Comme tout muscle, le diaphragme a ses antagonistes : les muscles abdominaux en se contractant, empêchent la poussée vers l’avant des viscères intra-abdominaux déplacés par l’abaissement du diaphragme, et donc gênent et limitent l’action du diaphragme. Si le diaphragme est relâché, la contraction de la paroi abdominale fait remonter le contenu abdominal vers le thorax, repoussant le diaphragme. Le dôme diaphragmatique va alors devenir plus convexe vers le haut (dans le thorax), le «ventre » va rentrer et la capacité thoracique diminue. Le volume thoracique diminuant, la pression intra-thoracique augmente, chassant l'air vers l'extérieur (expiration).

 

Certains patients ont entendus parler du rôle du « ventre » dans la respiration. Mais ils utilisent parfois de façon totalement erronée le jeu musculaire, en contractant les abdominaux pendant l’inspiration, rentrant ainsi le ventre en croyant bien faire. Ce geste entrave considérablement le jeu diaphragmatique qui se fait alors contre résistance. Ceci peut être à l’origine d’un forçage vocal.

Par leur contraction, les muscles de la sangle abdominale abaissent les côtes et repoussent les viscères abdominaux vers l’arrière et le haut, provoquant donc une remontée diaphragmatique et une réduction du volume intra-thoracique.

 

-- muscles intercostaux internes : par leur contraction, ils participent à la fermeture du gril costal en rapprochant les côtes les unes des autres.

 

Ainsi, les muscles expirateurs sont :

-              le muscles de la paroi abdominale (grand droit, petit et grand obliques et transverse)

-              les muscles intercostaux internes

 

 

 

III-              MOUVEMENTS RESPIRATOIRES ET VOLUMES D'AIR MOBILISÉS

 

1.           La respiration ventilatoire


Pour vivre, pour s’oxygéner, on a besoin de ventiler 20 000 litres d'air par jour au cours des mouvements ventilatoires. Cette activité consomme 2 % de l’énergie dépensée par le corps humain.

Cette dépense augmente au cours des efforts physiques, ou si l’appareil ventilatoire et/resoiratoire est défaillant (il faut alors mobiliser plus d’air pour extraire une quantité suffisante d’O2).

C’est au travers de la paroi des alvéole que se font les échanges gazeux: si on les déplissait, les alvéoles mises côte à côte représenteraient une surface de plus de 72 m² (surface d'un terrain de tennis).


La ventilation est un acte à la fois automatique et volontaire. Dans la respiration ventilatoire, celle qui permet d’apporter l’O2 nécessaire au fonctionnement de l’organisme au repos, les mouvements d’inspiration et d’expiration se succèdent, y compris pendant le sommeil.

On inspire 0,5 litre d'air, grâce à la contraction du diaphragme qui s’abaisse de 2cm. On inspire généralement par le nez pour réchauffer l’air et l’humidifier, afin qu’il ne soit pas irritant pour les voies aériennes. L'air est conduit jusqu’aux alvéoles où l’O2 est extrait et passe dans le sang, tandis que dans le même temps, le CO2 se retrouve dans l’air alvéolaire. L’expiration démarre dès que cesse la contraction diaphragmatique: les forces élastiques de rappel générées par la dilatation de la cage thoracique au cours de l’inspiration rétractent le système thoraco-pulmonaire qui retrouve sa position d’équilibre, de repos. L’expiration ventilatoire se fait sans l’intervention de force musculaire, donc sans dépense d’énergie, de manière tout à fait passive.

Au cours de la respiration ventilatoire, l’inspiration a la même durée que l'expiration. Les mouvements respiratoires se font avec un minimum de dépenses d'énergie.

 

2.          Définition des différents volumes d'air mobilisés en fonction du type respiratoire


a-       respiration de repos

 

La respiration de repos, ou respiration ventilatoire, est celle qu'on utilise dans la vie courante en dehors de tout effort. La quantité d'air mobilisée est de 400 à 500 ml par respiration. Il s'agit du volume courant (VC).

À l'inspiration, le travail essentiel revient au diaphragme qui s'abaisse d'environ 2 cm. L'expiration est purement passive, dûe aux travail des forces élastiques.

La quantité d'air contenue dans les poumons à la fin d'une expiration ventilatoire porte le nom de capacité résiduelle fonctionnelle (CRF= VRE+VR).

 

b-      expiration forcée

 

Si à la fin d'une expiration ventilatoire (où il persiste dans les poumons un volume d'air appelé CRF) on prolonge l'expiration autant qu'il est possible de le faire, pour réaliser une expiration forcée, l'air ainsi expulsé porte le nom de volume de réserve expiratoire (VRE), et il représente environ 1500 ml.

Ce mouvement d'expiration forcée est réalisé par une contraction des muscles expirateurs, en particulier par les muscles abdominaux.

À la fin d'une expiration forcée, les poumons ne sont pas complètement vidés de l'air qu’ils contiennent, il persiste toujours une certaine quantité d'air, appelée volume résiduel (VR) (environ 1200 ml). Cet air n'est pas mobilisable,  quelque soit l’effort expiratoire réalisé. Cet air non mobilisable permet au système thoraco-pulmonaire de ne jamais se collaber.

 

c- inspiration forcée

 

Si à la fin d'une inspiration ventilatoire, on prolonge le mouvement inspiratoire au maximum, on réalise une inspiration forcée. Le volume d'air qui pénètre ainsi dans les poumons porte le nom de volume de réserve inspiratoire (VRI); il correspond à environ 3000 ml.

Ce mouvement est réalisé par une contraction du diaphragme, des muscles intercostaux externes, et des muscles inspirateurs accessoires.

 

Le volume d’ai mobilisé au maximum comprend donc le VRI, le VC et le VRE: l’ensemble porte le nom de capacité vitale.

 

IV-                  ADAPTATION DE LA RESPIRATION À LA PHONATION

 


Pendant la phonation, le mouvement respiratoire doit s'adapter d'une manière très particulière :

 

-- le rythme respiratoire est profondément modifié : l'inspiration se raccourcit alors que la phase expiratoire, qui correspond à la phonation, est considérablement allongée

-- les volumes d'air mobilisés dépendent du type d'activité vocale mais sont nettement supérieurs au volume courant de la respiration calme

-- les pressions pulmonaires expiratoires sont supérieures à celles observées dans la respiration normale : pendant la phonation, l'affrontement des cordes vocales crée un obstacle entraînant une élévation de la pression en amont de la glotte, ce qu'on appelle la pression sous glottique.

 

Les muscles respiratoires doivent donc s'adapter pour produire cette élévation de pression, pour la maintenir pendant toute la durée de l'émission sonore, et surtout pour la moduler en fonction des variations d'intensité, de tonalité et de timbre de la voix.

 La phase expiratoire prend donc une valeur tout à fait particulière pendant la phonation.

 

 

A-       RÔLE DES MUSCLES RESPIRATOIRES PENDANT LA PHONATION


  1. -schéma «adaptation de la ventilation à l’expiration prolongée»

  2. -schéma «adaptation de la ventilation à la phonation prolongée»

 

Voici la consigne donnée à un patient : « gonflez au maximum vos poumons, puis dites un /a/ le plus longtemps possible ».

Pendant cette émission vocale soutenue, trois types d'activité musculaire vont se succéder dans le temps :

 

n           Après une profonde inspiration, la pression de relaxation (qui correspond à l'ensemble des forces dues à l'élasticité pulmonaire) est très élevée : la cage thoracique est distendue, très éloignée de sa position de repos. Si les muscles inspirateurs cessent brutalement leur contraction, la fermeture de la cage thoracique se fera brutalement et très rapidement. Or la consigne est de tenir un /a/ le plus longtemps possible. Les muscles inspiratoires doivent donc rester contractés pour freiner le mouvement de fermeture de la cage thoracique.

n           Au fur et à mesure que le volume pulmonaire diminue, la pression de relaxation diminue et elle devient nulle lorsque le volume thoracique correspond à la fin de l’expiration ventilatoire (position de repos de la cage thoracique, forces élastiques parfaitement compensées). Parallèlement, les muscles inspirateurs, après avoir progressivement relâché leur contraction, sont totalement relâchés. Le volume du poumon, à cet instant, correspond à la capacité résiduelle fonctionnelle. Pour que l’expiration se prolonge au-delà de ce point, il faut maintenant que les muscles expirateurs entrent en jeu. La pression expiratoire est maintenue par l'action des muscles expirateurs qui se contractent progressivement pour diminuer le volume de la cage thoracique. Parallèlement, cette rétraction de la cage thoracique l’éloigne de sa position de repos, faisant naître des forces de rappel élastiques d’autant plus forte que la cage thoracique se rétracte. Ces forces élastiques agissent en sens inverse que celles qui agissaient au cours de l’inspiration, elles tendent à augmenter le volume de la cage tharacique. Les muscles expirateurs doivent fournir un travail de plus en plus important, jusqu’à atteindre le volume thoracique correspondant au volume résiduel, qu’il est impossible de mobiliser. On est à la fin de l’émission sonore, il faut reprendre de l’air au cours d’une nouvelle inspiration.

 

L'activité musculaire expiratoire pendant la phonation doit donc s'adapter d'une manière tout à fait particulière et variable en fonction de deux facteurs :

 

n           la pression sous glottique nécessaire en fonction de l'activité vocale

n           la quantité d'air contenu dans les poumons (dont dépend la pression de relaxation)

 

Si l'émission sonore demande une forte pression sous glottique (forte intensité ou tonalité aiguë), l'action de frein des intercostaux externes et éventuellement du diaphragme ne joue que pendant peu de temps après une inspiration profonde. Les muscles expiratoires interviennent d'autant plus tôt que la pression doit être élevée. Leur rôle est important dès l'attaque du son.

Si l'émission sonore correspond à une faible pression sous glottique (faible intensité, tonalité basse), l'action de frein des muscles inspirateurs peut se prolonger jusqu'à atteindre la position de repos de la cage thoracique.

 

 

B-        VOLUMES D'AIR MOBILISÉS ET PRESSIONS PULMONAIRES

 

1.        Voix parlée

 

La pression sous glottique pendant la voix parlée varie habituellement entre 2 et 12 cm H2O. Dans le discours public, cette pression peut atteindre 20 cm H2O.

Le débit expiratoire varie entre 60 et 300 ml par seconde.

Les volumes d'air mobilisés ne dépassent pas 1,5 litres.

Les variations de volume pendant la parole dépendent du type d'activité vocale.

 

Dans la voix forte, le sujet utilise de grands volumes pulmonaires (60 à 90 % de la capacité vitale).

Dans la conversation à faible intensité les valeurs restent inférieures à la CRF.

 

2.        Voix chantée

 

La pression sous glottique varie entre 5 à 20 cm H2O, mais elle peut atteindre 50 à 60 cm H2O dans le chant à forte intensité, jusqu'à 360 cm H2O pour un ténor à pleine puissance.

Ces fortes pressions sont beaucoup plus faciles à obtenir à grands volumes pulmonaires.

Le débit expiratoire varie entre 100 et 500 ml par seconde, avec un débit moyen de 100 à 200 ml par seconde.

Pour que les reprises d'air soit rapides et importantes, l'inspiration est habituellement buccale avec large ouverture pharyngo-laryngée pour diminuer les résistances à l'écoulement de l'air.

Les volumes d'air utilisés sont autour de 50 à 60 % de la capacité vitale, nettement supérieurs à la CRF.

 

 

 

 

 

 

 

CONCLUSION

 

Les muscles respiratoires, à l'origine destinés à la ventilation, subissent des variations importantes dans leur fonctionnement pour s'adapter à la phonation.

La phase expiratoire, passive dans la respiration de repos, devient active et prolongée dans la phonation alors que l'inspiration est brève.

L'ensemble de ces muscles, inspirateurs et expirateurs, doivent coordonner leurs actions antagonistes pour augmenter la pression sous glottique et la maintenir tout au long de la phonation, en fonction de la hauteur, du timbre et du volume de l'émission sonore.

 

Au cours de la respiration phonatoire, l'augmentation de la capacité thoracique peut être obtenue de différentes façons, selon que l'on utilise préférentiellement la partie haute ou basse de la cage thoracique.

 

n           Le souffle thoracique supérieur

Il met en oeuvre :

-- l'abaissement costal en poignée de pompe

-- un mouvement global d’ élévation et abaissement dans un axe vertical du thorax (élévation et abaissement des épaules)

-- un mouvement d'avancée du manubrium sternal, mettant d'emblée en tension les muscles suspenseurs du larynx

Ce type respiratoire est utile dans la voix conversationnelle, si l'on ne cherche pas à faire porter la voix trop loin, ou encore dans la respiration de repos.

Ce type de respiration favorise les tensions vocales, les attaques dures, et s'il est utilisé continuellement en particulier dans les situations d'émission vocale exigeant le plus de puissance de souffle, il entraînera un forçage vocal.

 

n           Le souffle costo-diaphragmatique ou « souffle abdominal »

Il met en oeuvre :

-- l'abaissement costal en anse de seau

-- un mouvement global d'élargissement en largeur de la cavité thoracique, dans un plan horizontal (gonfler et rentrer le ventre)

-- l'utilisation des muscles abdominaux pour le contrôle de l'expiration

Ce type respiratoire est le plus efficace pour la phonation. Il permet un contrôle fin de la pression d'expiration et du débit expiratoire, en faisant agir concomitamment les muscles abdominaux et le diaphragme. La dilatation de la partie basse du thorax permet un jeu musculaire plus économique, puisque que la pression expiratoire est exercée sur un volume d'air important (il est plus efficace pour souffler, de presser sur la partie qui contient beaucoup d'air que sur celle qui en contient le moins).