Respiration pulmonnée

Poumons humains :
1 : Trachée
2 : Veine pulmonaire
3 : Artère pulmonaire
4 : Conduit alvéolaire
5 : Alvéole
6 7 : Bronchioles
8 : Bronche primaire
9 : Bronche secondaire
10 : Bronche tertiaire
11 : Larynx

Le poumon est un organe invaginé permettant d'échanger des gaz vitaux, notamment l'oxygène et le dioxyde de carbone. L'oxygène est nécessaire au métabolisme de l'organisme, et le dioxyde de carbone doit être évacué.

Vertébrés

Outre les échanges gazeux, les poumons participent à d'autres fonctions, comme par exemple la régulation du métabolisme acido-basique ainsi qu'un rôle de filtration du sang en éliminant de petits caillots.

Le poumon des Vertébrés prend son origine embryologique dans une excroissance de l'œsophage, la vessie natatoire, et est donc formé d'endoderme (doublé secondairement de mésoderme pour la vascularisation). Chez certains poissons amphibies possédant un poumon, comme les dipneustes, l'origine vessiale du poumon apparaît clairement.

Serpents

Chez la majorité des serpents un seul poumon subsiste, le poumon droit, le gauche étant soit atrophié soit absent^[1]. On trouve un poumon gauche fonctionnel chez les espèces primitives de boa et de python. Ce poumon est vestigial ou complètement absent chez les autres serpents. Comme la majorité des organes internes des serpents, du fait de l'addition des vertèbres supplémentaires, il est allongé.

L'unique poumon droit a acquis de nouveaux diverticules chez certaines espèces :

• Un poumon trachéen, une extension à l'amont du poumon droit, qui permet la respiration lors de l'ingestion d'une proie.
• Une partie inférieure développée servant à régler l'équilibre hydrostatique chez les espèces aquatiques, comme la vessie natatoire chez les poissons.

Les serpents ont une trachée soutenue par des anneaux cartilagineux qui la maintiennent béante y compris lors de l'ingestion d'une proie les empêchant ainsi de s'étouffer.

Oiseaux

Le poumon des oiseaux est très modifié, formant des faisceaux de tubes entre deux sacs aériens où l'air circule dans un seul sens. Contrairement aux autres poumons où l'air fait des mouvements de va-et-vient au cours d'un cycle inspiration/expiration.

Humains

Anatomie

Poumons humains ouverts, trachée et bronches

L'Homme possède deux poumons, gauche et droit, deux organes thoraciques, séparés l'un de l'autre par le médiastin, médialement. Ils sont posés sur le diaphragme et protégés par la cage thoracique en avant, en dehors et en arrière, sauf au niveau de leur sommet, car ils dépassent le bord supérieur de la première côte.

Le poumon droit est divisé en trois lobes (supérieur, moyen et inférieur), le gauche divisé en deux lobes (supérieur et inférieur). À gauche, la partie lingulaire du lobe supérieur correspond au lobe moyen droit. Les lobes sont séparés par des scissures , deux à droite (la grande ou "oblique", et la petite ou "horizontale") et une à gauche (l'oblique).

Chaque lobe des poumons est divisé en segments pulmonaires :

La vascularisation pulmonaire artérielle est double : le système pulmonaire et bronchique. Les artères pulmonaires apportent le sang veineux du ventricule droit pour l'oxygénation, leur parcours suivant les bronches. Les artères bronchiques proviennent de l'aorte ou des artères intercostales et apportent le sang oxygéné à la paroi bronchique au niveau des bronchioles terminales.

Les poumons sont reliés aux côtes de la cage thoracique par deux membranes appelées plèvres. L'inspiration et l'expiration sont sous le contrôle des muscles intercostaux et du diaphragme qui déforment la cage thoracique et donc les poumons via le jeu des plèvres.

Physiologie

Schéma de l'appareil respiratoire de l'homme.

Les poumons sont ventilés par les mouvements thoraciques lors de l'inspiration et de l'expiration, qui constituent un cycle respiratoire. En même temps, les alvéoles reçoivent du sang pompé par le cœur droit. Au repos, 4 litres d'air et 5 litres de sang traversent les poumons par minute. Lors d'un effort, ces quantités peuvent varier de manière importante (jusqu'à 160 litres d'air et 30 litres de sang par minute). Ces apports permettent aux alvéoles de remplir leur rôle d'échanges gazeux, à travers de fines membranes qui séparent les alvéoles des capillaires sanguins.

Voies aériennes

L'air passe par le nez (la voie habituelle au repos) ou par la bouche, pour traverser le pharynx et le larynx, qui constituent les voies aériennes supérieures. Il parvient ensuite au niveau de la trachée qui se divise en deux bronches souches (au niveau de T5, de la carène), pour se subdiviser de nombreuses fois, jusqu'à former les bronchioles terminales. Jusqu'à ce niveau, il n'y a aucun alvéole, d'où son nom de partie conductrice. Ensuite s'embranchent les bronchioles respiratoires, point de départ de la partie respiratoire. Celle-ci contient les alvéoles, où peuvent avoir lieu les échanges gazeux.

En plus de leur rôle de conduction de l'air, les voies aériennes supérieures assurent le conditionnement de l'air. Elles permettent ainsi de réchauffer l'air jusqu'à la température de 37°C (température corporelle) et d'en assurer la saturation en eau. De plus l'air subit un filtrage, en effet tout le long des voies respiratoires sont disposées des cellules sécrétant du mucus, des glandes et des cellules ciliées. Ceci permet de créer une couche de mucus tapissant les voies, et ainsi de fixer les particules (poussières, bactéries, ...) traversant les dites voies. Le mouvement des cils (des cellules ciliées) déplace ce mucus en direction du pharynx permettant son élimination dans le tube digestif (on parle d'escalateur mucociliaire). Ceci constitue un mécanisme important de défense des poumons contre les agressions extérieures. De plus, on retrouve des macrophages, qui, par leur action de phagocytose, complètent ce système de défense.

Alvéoles

Schéma en coupe des cellules d'un alvéole.

C'est dans les alvéoles, petits sacs terminant les voies respiratoires, appelés sacs pulmonaires ou vésicules pulmonaires, que se produisent les échanges gazeux. Ils sont tapissés d'une paroi très fine (jusqu'à 0,2 μm ; pour comparaison, le diamètre des globules rouges est de 7 μm) contenant les capillaires. La surface totale destinée aux échanges est d'environ 130 m², soit la taille d'un terrain de volley. Ceci permet aux alvéoles d'assurer leur rôle, qui est de transmettre l'oxygène au sang et d'en extraire le dioxyde de carbone.

À ce niveau, on retrouve les pneumocytes de type 2, qui sécrètent le surfactant. La présence de ce dernier est essentielle, dans la mesure où il permet de diminuer la tension superficielle en permettant ainsi une distension pulmonaire plus facile. Pour comparaison, son rôle est le même que le savon qu'on ajoute à l'eau afin de former des bulles de savon. Il prévient le collapsus des alvéoles en phase d'expiration. Il est lavé par l'eau lors des noyades ce qui impose une surveillance intensive des noyés réanimés.

Les mouvements de l'air pendant la ventilation pulmonaire

Dépendent essentiellement de la contraction des muscles respiratoires qui provoque un gradient de pression entraînant l'air à l'intérieur des poumons. L'inspiration est donc qualifiée d'active, la contraction du diaphragme, qui augmente le diamètre vertical de la cage thoracique et des muscles intercostaux externes, qui augmente le diamètre antéropostérieur, entraîne une diminution de la pression à l'intérieur des poumons et donc une entrée d'air.

L'expiration naturelle est un phénomène passif, résultant de forces de rappel élastiques lorsque les muscles se relâchent qui font revenir la cage thoracique à son volume de début d'inspiration et donc chasse l'air des poumons. On peut néanmoins réaliser une expiration forcée, qui est active. Elle fait intervenir les muscles abdominaux et les muscles intercostaux internes.

Les échanges et le transport des gaz

La respiration externe, pulmonaire, permet la transformation du sang désoxygéné qui vient du cœur en sang oxygéné, qui y retournera pour être redistribué à l'ensemble du corps. Les échanges entre les alvéoles et le sang sont fonction des différences des pressions partielles, un gaz diffusera de la pression élevée vers la pression basse selon la loi de Fick. La pression partielle des alvéoles étant de 100 mmHg pour le dioxygène et de 40 mmHg pour le dioxyde de carbone quand respectivement elle est de 40 mmHg et de 46 mmHg dans le capillaire, le dioxygène va des alvéoles jusqu'au sang et le dioxyde de carbone fait le chemin inverse. Le temps de contact entre le sang et les alvéoles est de 0,75 seconde, mais un tiers du temps seulement suffit pour atteindre les équilibres. Le système cœur-poumons est appelé petite circulation; cette dernière a été mise en évidence la premiere fois par le médecin arabe Ibn Nafis en 1242 au Caire

La régulation de la respiration

La respiration se déroule de façon inconsciente et rythmique grâce à l'activité de certains neurones du tronc cérébral. Sa régulation dépend essentiellement de la pression partielle de dioxyde de carbone dans le sang, celle-ci étant captée par deux types de chémorécepteurs localisés en périphérie et dans le système nerveux central. Les premiers se situent dans la crosse de l'aorte et à la bifurcation des carotides, les seconds se situent sur la face ventrale du bulbe rachidien. Toutes modifications de la teneur en dioxyde de carbone dans le sang entraînent une réponse du rythme et de la profondeur de la ventilation. Des modulations des activités respiratoires peuvent aussi être dues à d'autres stimulations, comme par exemple au cours des émotions (peur, excitation... )

Invertébrés

Il existe également des « poumons » chez les invertébrés qui ne sont pas homologues des poumons de vertébrés, puisqu'ils sont formés par invagination de l'ectoderme. On les trouve chez les Chélicérates (araignée, scorpion), chez les crabes terrestres (Gecarcinidae, Grapsidae,…) et chez les Gastéropodes Pulmonés (escargot) où c'est la cavité palléale qui joue le rôle de poumon, communiquant avec l'extérieur par un petit orifice appelé pneumostome. D'une manière générale, les poumons permettent une respiration en milieu aérien tout en évitant la déshydratation.

Notes et références

Voir aussi

Liens internes

• Cancer du poumon

Liens externes

• Anatomie pulmonaire et thoracique

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