Poumons
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Les poumons sont l'organe le plus volumineux de notre corps. La structure et le mécanisme des poumons sont assez intéressants. Chaque inhalation remplit notre corps d'oxygène, l'expiration élimine le dioxyde de carbone et certaines substances toxiques du corps. Nous respirons constamment - à la fois pendant le sommeil et pendant l'éveil. Le processus d'inhalation et d'expiration est une action assez complexe qui est effectuée par plusieurs systèmes et organes avec interaction simultanée.
Quelques faits surprenants sur les poumons
Saviez-vous que les poumons contiennent 700 millions d'alvéoles (terminaisons sacculaires dans lesquelles se produit un échange gazeux)?
Un fait intéressant est que la surface de la surface interne des alvéoles change plus de 3 fois - lors de l'inhalation de plus de 120 mètres carrés, contre 40 mètres carrés lors de l'expiration..
La surface des alvéoles est plus de 50 fois la surface de la peau.
Anatomie pulmonaire
Classiquement, le poumon peut être divisé en 3 sections:
1. La section des voies respiratoires (arbre bronchique) - à travers laquelle l'air, comme à travers le système de canaux, atteint les alvéoles.
2. Le département dans lequel l'échange de gaz a lieu - le système alvéolaire.
3. Le système circulatoire du poumon mérite une attention particulière..
Pour une étude plus détaillée de la structure du poumon, nous considérerons chacun des systèmes présentés séparément.
Arbre bronchique - comme les voies respiratoires
Il est représenté par des branches des bronches, ressemblant visuellement à des tubes ondulés. Au fur et à mesure que les arbres bronchiques se ramifient, la lumière des bronches se rétrécit, mais elles deviennent de plus en plus nombreuses. Les branches terminales des bronches, appelées bronchioles, ont une lumière inférieure à 1 millimètre, mais leur nombre est de plusieurs milliers.
La structure de la paroi bronchique
La paroi bronchique se compose de 3 couches:
1. La couche intérieure est visqueuse. Doublé d'épithélium cilié colonnaire. Une caractéristique de cette couche muqueuse est la présence de poils ciliés sur la surface, qui créent un mouvement unidirectionnel du mucus à la surface, contribuent à l'élimination mécanique des particules de poussière ou d'autres particules microscopiques dans l'environnement extérieur. La surface muqueuse est toujours humide, contient des anticorps et des cellules immunitaires.
2. La coquille médiane est musculo-cartilagineuse. Cette coque fait office de cadre mécanique. Les anneaux de cartilage créent l'apparence d'un tuyau ondulé. Le tissu cartilagineux des bronches empêche l'effondrement de la lumière des bronches lors des chutes de pression d'air dans les poumons. En outre, les anneaux cartilagineux reliés par du tissu conjonctif flexible assurent la mobilité et la flexibilité de l'arbre bronchique. À mesure que le calibre des bronches diminue, la composante musculaire commence à dominer dans la membrane médiane. Avec l'aide de tissu musculaire lisse, les poumons ont la capacité de réguler les flux d'air, de limiter la propagation des infections et des corps étrangers.
3. La coque extérieure est l'adventice. Cette membrane assure une connexion mécanique entre l'arbre bronchique et les organes et tissus environnants. Se compose de tissu conjonctif de collagène.
Les branches des bronches rappellent beaucoup l'apparence d'un arbre renversé. D'où le nom - arbre bronchique. Le début des voies respiratoires de l'arbre bronchique peut être appelé la lumière de la trachée. La trachée dans sa partie inférieure bifurque en deux bronches principales, qui dirigent chacune l'air vers son propre poumon (droit et gauche). À l'intérieur du poumon, la ramification se poursuit vers les bronches lobaires (3 dans le poumon gauche et 2 dans le droit), segmentaire, etc. Le système des voies respiratoires de l'arbre bronchique se termine par des bronchioles terminales, qui donnent naissance à la partie respiratoire du poumon (un échange gazeux entre le sang et l'air du poumon s'y produit).
Partie respiratoire du poumon
La ramification du système des voies respiratoires du poumon atteint le niveau des bronchioles. Chaque bronchiole, dont le diamètre ne dépasse pas 1 mm, donne naissance à 13 à 16 bronchioles respiratoires, qui à leur tour donnent naissance à des voies respiratoires se terminant par des alvéoles (sacs aciniformes), dans lesquelles se produit le principal échange gazeux.
La structure des alvéoles pulmonaires
L'alvéole pulmonaire ressemble à une grappe de raisin. Se compose de la bronchiole respiratoire, des voies aériennes et des sacs aériens. La surface interne des alvéoles est tapissée d'un épithélium épidermoïde monocouche étroitement lié à l'endothélium des capillaires, enveloppant les alvéoles comme un réseau. Précisément en raison du fait que la lumière des alvéoles est séparée de la lumière du capillaire par une couche très mince, un échange de gaz actif est possible entre les systèmes pulmonaire et circulatoire.
La surface interne des alvéoles est recouverte d'une substance organique spéciale - un surfactant.
Cette substance contient des composants organiques qui empêchent les alvéoles de s'effondrer lors de l'expiration, elle contient des anticorps, des cellules immunitaires qui assurent des fonctions protectrices. Le surfactant empêche également la pénétration des alvéoles sanguines dans la lumière.
Emplacement du poumon dans la poitrine
Alors, comment le poumon se dilate-t-il lors de la respiration??
Le fait est que le poumon est situé dans une cavité spéciale de la poitrine appelée cavité pleurale. Cette cavité est tapissée d'une seule couche de tissu muqueux - la plèvre. Le même tissu tapisse la surface très externe du poumon. Ces feuilles de muqueuses sont en contact les unes avec les autres, tout en conservant la possibilité de glisser. En raison du lubrifiant sécrété, il est possible de faire glisser la surface externe du poumon le long de la surface interne de la poitrine et du diaphragme pendant l'inhalation et l'expiration..
Muscles impliqués dans l'acte de respirer
En fait, inspirer et expirer est un processus assez complexe et à plusieurs niveaux. Pour y réfléchir, vous devez vous familiariser avec le système musculo-squelettique impliqué dans le processus de respiration externe.
Muscles impliqués dans la respiration externe
Le diaphragme est un muscle plat tendu comme un trampoline le long du bord de l'arc costal. Le diaphragme sépare la cavité thoracique de la cavité abdominale. La fonction principale du diaphragme est la respiration active.
Muscles intercostaux - représentés par plusieurs couches de muscles, à travers lesquelles les bords supérieur et inférieur des côtes adjacentes sont connectés. En règle générale, ces muscles sont impliqués dans une inspiration profonde et une expiration prolongée..
Mécanique respiratoire
Lors de l'inhalation, un certain nombre de mouvements simultanés se produisent, ce qui conduit à l'injection active d'air dans les voies respiratoires.
Lorsque le diaphragme se contracte, il s'aplatit. Une pression négative est créée dans la cavité pleurale en raison du vide. La pression négative dans la cavité pleurale est transmise aux tissus du poumon, qui se dilate docilement, créant une pression négative dans les voies respiratoires et respiratoires. En conséquence, l'air atmosphérique se précipite dans la zone de pression réduite - dans les poumons. Après avoir traversé les voies respiratoires, l'air frais se mélange à la partie résiduelle de l'air pulmonaire (air restant dans la lumière des alvéoles et des voies respiratoires après l'expiration). En conséquence, la concentration d'oxygène dans l'air des alvéoles augmente et la concentration de dioxyde de carbone diminue..
Avec une respiration profonde, une certaine partie des muscles intercostaux obliques se détend et la partie perpendiculaire des muscles se contracte, ce qui augmente les distances intercostales, augmentant le volume de la poitrine. Par conséquent, il devient possible d'augmenter le volume d'air inhalé de 20 à 30%.
L'expiration est essentiellement un processus passif. Une expiration calme ne nécessite aucune tension musculaire - seule la relaxation du diaphragme est nécessaire. La lumière, en raison de son élasticité et de sa résilience, déplace elle-même la majeure partie de l'air. Ce n'est qu'avec une expiration forcée que les muscles abdominaux et intercostaux peuvent être sollicités. Par exemple, lorsque vous éternuez ou toussez, les muscles abdominaux se contractent, la pression intra-abdominale augmente, qui est transmise par le diaphragme au tissu pulmonaire. Une certaine partie des muscles intercostaux, lorsqu'elle est contractée, entraîne une diminution des espaces intercostaux, ce qui réduit le volume de la poitrine, entraînant une augmentation de l'expiration.
Système circulatoire pulmonaire
Les vaisseaux du poumon proviennent du ventricule droit du cœur, à partir duquel le sang pénètre dans le tronc pulmonaire. Grâce à lui, le sang est distribué aux artères pulmonaires droite et gauche des poumons correspondants. Dans les tissus du poumon, la ramification des vaisseaux se produit parallèlement aux bronches. De plus, les artères et les veines sont parallèles à la bronche à proximité immédiate. Au niveau de la partie respiratoire du poumon, les artérioles se ramifient en capillaires, qui enveloppent les alvéoles d'un réseau vasculaire dense. C'est dans ce réseau que se déroule l'échange de gaz actif. À la suite du passage du sang au niveau de la partie respiratoire du poumon, les érythrocytes sont enrichis en oxygène. En quittant les structures alvéolaires, le sang continue son mouvement, mais déjà vers le cœur - vers ses parties gauches.
Comment les échanges de gaz dans les poumons?
La portion d'air reçue lors de l'inhalation modifie la composition gazeuse de la cavité alvéolaire. Les niveaux d'oxygène augmentent, les niveaux de dioxyde de carbone diminuent.
Les alvéoles sont enveloppées dans un réseau assez dense de minuscules vaisseaux - des capillaires, qui, faisant passer les globules rouges à travers eux à une vitesse lente, favorisent l'échange de gaz actif. Les érythrocytes chargés d'hémoglobine, traversant le réseau capillaire des alvéoles, fixent l'oxygène à l'hémoglobine.
En cours de route, le dioxyde de carbone est éliminé du sang - il quitte le sang et pénètre dans la cavité des voies respiratoires. Vous pouvez en savoir plus sur la façon dont le processus d'échange de gaz dans les érythrocytes se produit au niveau moléculaire dans l'article: "Les érythrocytes - comment fonctionnent-ils?".
À travers les poumons, pendant la respiration, il y a un échange gazeux continu entre l'air atmosphérique et le sang. La tâche des poumons est de fournir au corps la quantité nécessaire d'oxygène, en éliminant simultanément le dioxyde de carbone généré dans les tissus du corps et transporté vers les poumons par le sang..
Comment la respiration est contrôlée?
La respiration est un processus semi-automatique. Nous sommes capables de retenir notre souffle pendant un certain temps ou d'accélérer arbitrairement notre respiration. Cependant, pendant la journée, la fréquence et la profondeur de la respiration sont déterminées principalement automatiquement par le système nerveux central. Au niveau de la moelle allongée, il existe des centres spéciaux qui régulent la fréquence et la profondeur de la respiration, en fonction de la concentration de dioxyde de carbone dans le sang. Ce centre du cerveau à travers les troncs nerveux est relié au diaphragme et assure sa contraction rythmique pendant l'acte de respiration. Si le centre de régulation de la respiration ou les nerfs reliant ce centre au diaphragme sont endommagés, le maintien de la respiration externe n'est possible qu'avec l'aide de la ventilation artificielle.
En fait, il y a beaucoup plus de fonctions dans les poumons: maintien de l'équilibre acido-basique du sang (maintien du pH sanguin compris entre 7,35 et 7,47), protection immunitaire, purification du sang des microthrombi, régulation de la coagulation sanguine, élimination des substances volatiles toxiques. Cependant, le but de cet article était de mettre en évidence la fonction respiratoire du poumon, les principaux mécanismes conduisant à la respiration externe..
Auteur: Tkach I.S. médecin, chirurgien ophtalmologiste
8.3. Échange de gaz dans les poumons
8.3. Échange de gaz dans les poumons
La composition de l'air inhalé, expiré et alvéolaire. La ventilation des poumons est réalisée par inhalation et expiration. Cela maintient une composition gazeuse relativement constante dans les alvéoles. Une personne respire de l'air atmosphérique avec une teneur en oxygène (20,9%) et une teneur en dioxyde de carbone (0,03%), et expire de l'air, dans lequel l'oxygène est de 16,3%, le dioxyde de carbone est de 4%. Dans l'air alvéolaire, l'oxygène est de 14,2%, le dioxyde de carbone est de 5,2%. L'augmentation de la teneur en dioxyde de carbone dans l'air alvéolaire s'explique par le fait que lorsque vous expirez, l'air est mélangé à l'air alvéolaire, qui se trouve dans les organes respiratoires et dans les voies respiratoires..
Chez les enfants, la moindre efficacité de la ventilation pulmonaire se traduit par une composition gazeuse différente de l'air expiré et alvéolaire. Plus l'enfant est jeune, plus le pourcentage d'oxygène est élevé et plus le pourcentage de dioxyde de carbone dans l'air expiré et alvéolaire est bas, c'est-à-dire que l'oxygène est utilisé moins efficacement par le corps de l'enfant. Par conséquent, pour consommer le même volume d'oxygène et émettre le même volume de dioxyde de carbone, les enfants doivent effectuer des actes respiratoires beaucoup plus souvent..
Échange de gaz dans les poumons. Dans les poumons, l'oxygène de l'air alvéolaire passe dans le sang et le dioxyde de carbone du sang pénètre dans les poumons.
Le mouvement des gaz assure la diffusion. Selon les lois de la diffusion, le gaz se propage d'un environnement à haute pression partielle vers un environnement à plus basse pression. La pression partielle est la fraction de la pression totale qu'un gaz donné a dans le mélange gazeux. Plus le pourcentage de gaz dans le mélange est élevé, plus sa pression partielle est élevée. Pour les gaz dissous dans un liquide, utiliser le terme «contrainte» correspondant au terme «pression partielle» utilisé pour les gaz libres.
Dans les poumons, un échange gazeux a lieu entre l'air contenu dans les alvéoles et le sang. Les alvéoles sont tressées avec un réseau dense de capillaires. Les parois des alvéoles et les parois des capillaires sont très fines. Pour l'échange gazeux, les conditions déterminantes sont la surface à travers laquelle s'effectue la diffusion des gaz et la différence de pression partielle (tension) des gaz diffusants. Les poumons répondent parfaitement à ces exigences: avec une respiration profonde, les alvéoles s'étirent et leur surface atteint 100-150 sq. m (la surface des capillaires dans les poumons n'est pas moins grande), il y a une différence suffisante entre la pression partielle des gaz de l'air alvéolaire et la tension de ces gaz dans le sang veineux.
Liaison de l'oxygène du sang. Dans le sang, l'oxygène se combine à l'hémoglobine, formant un composé instable - l'oxyhémoglobine, dont 1 g est capable de se lier à 1,34 mètre cube. voir l'oxygène. La quantité d'oxyhémoglobine formée est directement proportionnelle à la pression partielle d'oxygène. Dans l'air alvéolaire, la pression partielle de l'oxygène est de 100 à 110 mm Hg. Art. Dans ces conditions, 97% de l'hémoglobine sanguine se lie à l'oxygène..
Sous forme d'oxyhémoglobine, l'oxygène des poumons est transporté par le sang vers les tissus. Ici, la pression partielle d'oxygène est faible et l'oxyhémoglobine se dissocie, libérant de l'oxygène, ce qui assure l'apport d'oxygène aux tissus..
La présence de dioxyde de carbone dans l'air ou les tissus réduit la capacité de l'hémoglobine à se lier à l'oxygène.
Liaison du dioxyde de carbone dans le sang. Le dioxyde de carbone est transporté par le sang dans les composés chimiques du bicarbonate de sodium et du bicarbonate de potassium. Une partie est transportée par l'hémoglobine.
Dans les capillaires des tissus, où la tension du dioxyde de carbone est élevée, la formation d'acide carbonique et de carboxyhémoglobine se produit. Dans les poumons, l'anhydrase carbonique, contenue dans les globules rouges, favorise la déshydratation, ce qui entraîne le déplacement du dioxyde de carbone du sang.
Les échanges gazeux dans les poumons chez les enfants sont étroitement liés à la régulation de l'équilibre acido-basique. Chez les enfants, le centre respiratoire est très sensible aux moindres changements de la réaction du pH du sang. Par conséquent, même avec des changements mineurs de l'équilibre vers l'acidification, les enfants éprouvent un essoufflement. Avec le développement, la capacité de diffusion des poumons augmente en raison d'une augmentation de la surface totale des alvéoles.
Les besoins du corps en oxygène et la libération de dioxyde de carbone dépendent du niveau de processus oxydatifs dans le corps. Avec l'âge, ce niveau diminue, ce qui signifie que la quantité d'échange de gaz pour 1 kg de masse diminue à mesure que l'enfant grandit..
Ce texte est un fragment d'introduction.
Échange de gaz dans les tissus et les poumons. La structure du système respiratoire
La respiration est l'une des fonctions les plus importantes du corps. Pendant ce temps, un échange de gaz a lieu dans les tissus et les poumons, dans lesquels l'équilibre redox est maintenu. La respiration est un processus complexe qui fournit de l'oxygène aux tissus, l'utilise par les cellules pendant le métabolisme et élimine les gaz négatifs.
Étapes respiratoires
Pour comprendre comment les échanges gazeux se produisent dans les tissus et les poumons, il est nécessaire de connaître les étapes de la respiration. Il y en a trois:
- Respiration externe, dans laquelle un échange de gaz se produit entre les cellules du corps et l'atmosphère externe. La version externe est divisée en échange de gaz entre l'air externe et interne, ainsi qu'en échange de gaz entre le sang des poumons et l'air alvéolaire..
- Transport de gaz. Le gaz dans le corps est à l'état libre et le reste est transporté à l'état lié par l'hémoglobine. Les échanges gazeux dans les tissus et les poumons se produisent précisément par l'hémoglobine, qui contient jusqu'à vingt pour cent de dioxyde de carbone.
- Respiration tissulaire (interne). Ce type peut être divisé en échange de gaz entre le sang et les tissus, et en l'assimilation de l'oxygène par les cellules et le rejet de divers déchets (méthane, dioxyde de carbone, etc.).
Les processus respiratoires impliquent non seulement les poumons et les voies respiratoires, mais également les muscles de la poitrine, ainsi que le cerveau et la moelle épinière..
Processus d'échange de gaz
Lors de la saturation en air des poumons et lors de l'expiration, il change au niveau chimique.
Dans l'air expiré à une température de zéro degré et à une pression de 765 mm Hg. Art., Contient environ seize pour cent d'oxygène, quatre pour cent de dioxyde de carbone et le reste est de l'azote. À une température de 37 ° C, l'air dans les alvéoles est saturé de vapeurs, au cours de ce processus, la pression change, tombant à cinquante millimètres de mercure. Dans ce cas, la pression des gaz dans l'air alvéolaire est légèrement supérieure à sept cents mm Hg. Art. Cet air contient quinze pour cent d'oxygène, six pour cent de dioxyde de carbone et le reste est de l'azote et d'autres impuretés..
Pour la physiologie des échanges gazeux dans les poumons et les tissus, la différence de pression partielle entre le dioxyde de carbone et l'oxygène est d'une grande importance. La pression partielle d'oxygène est d'environ 105 mm Hg. Art., Et dans le sang veineux, c'est trois fois moins. En raison de cette différence, l'oxygène est transféré de l'air alvéolaire au sang veineux. Ainsi, il est saturé et converti en artériel.
CO pression partielle2 dans le sang veineux moins de cinquante millimètres de mercure, et dans l'air alvéolaire - quarante. En raison de cette petite différence, le dioxyde de carbone passe du sang veineux au sang alvéolaire et est excrété par l'organisme lorsque vous expirez..
L'échange de gaz dans les tissus et les poumons est effectué à l'aide du réseau capillaire de vaisseaux sanguins. L'oxygénation des cellules se produit à travers leurs parois et le dioxyde de carbone est également éliminé. Ce processus n'est observé qu'avec une différence de pression: dans les cellules et les tissus, l'oxygène atteint zéro et la pression du dioxyde de carbone est d'environ soixante mm Hg. Art. Cela permet le passage du CO2 des cellules aux vaisseaux, convertissant le sang en veineux.
Transport de gaz
Pendant la respiration externe, le processus de conversion du sang veineux en sang artériel se produit dans les poumons en combinant l'oxygène avec l'hémoglobine. À la suite de cette réaction, de l'oxyhémoglobine se forme. En atteignant les cellules du corps, cet élément se désintègre. En combinaison avec les bicarbonates, qui se forment dans le sang, le dioxyde de carbone pénètre dans le sang. En conséquence, des sels se forment, mais pendant ce processus, sa réaction reste inchangée.
En atteignant les poumons, les bicarbonates se décomposent, donnant à l'oxyhémoglobine un radical alcalin. Les bicarbonates sont ensuite convertis en dioxyde de carbone et en vapeur d'eau. Toutes ces substances de décomposition sont excrétées du corps lors de l'expiration. Le mécanisme d'échange gazeux dans les poumons et les tissus est produit par la conversion du dioxyde de carbone et de l'oxygène en sels. C'est dans cet état que ces substances sont transportées par le sang..
Le rôle des poumons
La fonction principale des poumons est d'assurer l'échange de gaz entre l'air et le sang. Ce processus est possible en raison de l'énorme superficie de l'organe: chez un adulte, il fait 90 m 2 et presque la même surface des vaisseaux ICC, où le sang veineux est saturé d'oxygène et la libération de dioxyde de carbone.
Lors de l'expiration, plus de deux cents substances différentes sont excrétées du corps. Ce n'est pas seulement du dioxyde de carbone, mais aussi de l'acétone, du méthane, des éthers et alcools, de la vapeur d'eau, etc..
Outre le conditionnement, la fonction du poumon est de protéger le corps contre les infections. Lors de l'inhalation, toutes les substances pathogènes se déposent sur les parois du système respiratoire, y compris les alvéoles. Ils contiennent des macrophages qui capturent les microbes et les détruisent.
Les macrophages produisent des substances chimiotactiques qui attirent les granulocytes: ils sortent du capillaire et participent directement à la phagocytose. Après avoir absorbé les micro-organismes, les macrophages peuvent se déplacer vers le système lymphatique, où une inflammation peut se produire. Les agents pathologiques provoquent la production d'anticorps leucocytaires.
Fonction métabolique
Les caractéristiques de la fonction pulmonaire comprennent les propriétés métaboliques. Au cours des processus métaboliques, des phospholipides et des protéines sont formés et synthétisés. L'héparine est également synthétisée dans les poumons. L'organe respiratoire est impliqué dans la formation et la destruction de substances biologiquement actives.
Schéma respiratoire général
La particularité de la structure du système respiratoire permet aux masses d'air de passer facilement à travers les voies respiratoires et de pénétrer dans les poumons, où se déroulent les processus métaboliques.
L'air pénètre dans le système respiratoire par le passage nasal, puis passe à travers l'oropharynx dans la trachée, d'où la masse atteint les bronches. Après avoir traversé l'arbre bronchique, l'air pénètre dans les poumons, où il y a un échange entre différents types d'air. Au cours de ce processus, l'oxygène est absorbé par les cellules sanguines, convertissant le sang veineux en sang artériel et le délivrant au cœur, et de là, il est transporté dans tout le corps..
Anatomie du système respiratoire
La structure du système respiratoire dégage les voies respiratoires et la partie respiratoire proprement dite. Ce dernier est représenté par les poumons, où des échanges gazeux se produisent entre les masses d'air et le sang..
L'air passe dans la partie respiratoire par les voies respiratoires, représentées par la cavité nasale, le larynx, la trachée et les bronches.
Partie aérienne
Le système respiratoire commence par la cavité nasale. Il est divisé en deux parties par un septum cartilagineux. Devant, les canaux nasaux communiquent avec l'atmosphère et derrière - avec le nasopharynx.
Du nez, l'air pénètre dans la bouche, puis dans la partie laryngée du pharynx. Ici, le croisement des systèmes respiratoire et digestif a lieu. Avec la pathologie des voies nasales, la respiration peut être effectuée par la bouche. Dans ce cas, l'air pénètre également dans le pharynx puis dans le larynx. Il est situé au niveau de la sixième vertèbre cervicale, formant une éminence. Cette partie du système respiratoire peut bouger pendant une conversation..
Par l'ouverture supérieure, le larynx communique avec le pharynx et de dessous l'organe passe dans la trachée. C'est une continuation du larynx et se compose de vingt anneaux cartilagineux incomplets. Au niveau du cinquième segment vertébral thoracique, la trachée se divise en une paire de bronches. Ils vont aux poumons. Les bronches sont divisées en parties, formant un arbre inversé, qui, pour ainsi dire, poussait avec des branches à l'intérieur des poumons.
Le système respiratoire est terminé par les poumons. Ils sont situés dans la cavité thoracique de chaque côté du cœur. Les poumons sont divisés en lobes, chacun d'eux étant divisé en segments. Ils ont la forme de cônes irréguliers..
Les segments des poumons sont divisés en plusieurs parties - les bronchioles, sur les parois desquelles se trouvent les alvéoles. Tout ce complexe est appelé alvéolaire. C'est en lui que se déroule l'échange de gaz.
Comment se déroule l'échange gazeux dans les poumons? (brièvement)
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Vérifié par un expert
L'échange de gaz est le processus de consommation par le corps d'un gaz d'un certain environnement et la libération de l'autre œil dans le même environnement. Dans le cas d'un échange de gaz dans les poumons, du dioxyde de carbone est libéré dans l'environnement, de l'oxygène est absorbé dans celui interne. L'échange gazeux lui-même se produit dans les alvéoles - les vésicules pulmonaires aux extrémités des bronchioles, qui sont étroitement tressées avec des capillaires. Par diffusion à travers la fine paroi du capillaire - à travers le tissu épithélial, l'oxygène pénètre dans la circulation sanguine et le dioxyde de carbone est libéré du sang de la même manière. Le vecteur de gaz est l'hémoglobine protéique des érythrocytes:
- Hb + CO₂ ⇒ HbCO₂. Composé d'hémoglobine et de dioxyde de carbone - carbaminohémoglobine.
- HB + O₂ ⇒ HbO₂. Composé d'hémoglobine et d'oxygène - oxyhémoglobine.
Poumons humains - structure et fonction. Faits intéressants sur les poumons
Chaque personne du cours de biologie scolaire sait à quoi servent les poumons et où ils se trouvent. Les échanges gazeux ont lieu dans les poumons, ce qui fait que notre corps est saturé d'oxygène et élimine le dioxyde de carbone «déchet». Tout est correct. Mais les poumons ont des tâches qui ne sont pas liées aux échanges gazeux. Dans cet article, nous analyserons la structure et la fonction des poumons, tracerons le trajet de l'air depuis le moment de l'inhalation jusqu'aux alvéoles. Et nous apprendrons également des faits intéressants sur les poumons, dont les livres intelligents ne nous ont pas parlé.
Nous n'analyserons pas la structure et la fonction des poumons comme nous l'enseignent les manuels. C'est trop ennuyeux et pas clair pour tout le monde. Attardons-nous uniquement sur les points importants.
Structure pulmonaire humaine
Malgré le fait que les poumons sont un organe apparié, ils ne sont toujours pas symétriques. Le poumon droit est plus large et légèrement plus court que le gauche. C'est tout à fait naturel, si l'on se souvient que le cœur est situé à gauche et partiellement dans la partie centrale de la cavité thoracique. Le poumon gauche a une encoche spéciale pour le cœur, où il se sent assez bien ajusté. D'un point de vue physiologique, c'est très important. Le poumon gauche sert de protection au cœur, une sorte de coussin amortisseur qui le protège des dommages mécaniques.
Ainsi, le poumon droit est légèrement plus grand que le gauche. Ceci explique certaines caractéristiques de leur structure. Trois lobes se distinguent dans le poumon droit et seulement deux dans le gauche. Les lobes sont divisés en segments et ils sont divisés en lobules.
Le poumon a la forme d'un cône - il a un dessus et une base, ainsi que trois surfaces. La structure détaillée du poumon peut être étudiée dans l'atlas anatomique, si nécessaire. Il est beaucoup plus important pour nous de comprendre comment l'air que nous respirons pénètre dans les poumons et ce qui lui arrive ensuite..
Comment fonctionne le processus de respiration
Le processus respiratoire lui-même est assez intéressant du point de vue de la physiologie. Veuillez noter que nous respirons par nous-mêmes sans nous en apercevoir et sans contrôler. La quantité d'air dont nous avons besoin dépend du cerveau. Évidemment, la demande en oxygène au repos et pendant l'exercice est quelque peu différente. Nous respirons plus souvent en cas de stress ou en hauteur dans les montagnes, où la pression partielle d'oxygène est plus faible que dans les zones plates. Si on nous demandait de calculer indépendamment la fréquence et la profondeur de la respiration, en fonction des besoins du corps, nous pourrions difficilement faire face à cette tâche.
Cependant, une personne peut contrôler sa respiration. Il existe des techniques spéciales qui peuvent aider à soulager le stress, à éliminer les émotions inutiles et même à réduire la douleur. Les recommandations des pratiques orientales - inspirer normalement et expirer longtemps, ont une base scientifique. Une respiration peu profonde fréquente excite le système nerveux, et même une respiration lente, au contraire, le calme.
L'inhalation est réalisée par les muscles respiratoires et le diaphragme. Cela augmente le volume de la poitrine. Sous l'action de la force de traction, les poumons sont redressés et une pression d'air négative s'y forme. Il est à noter qu'environ 150 ml d'air sont toujours présents dans les poumons. Cela est nécessaire pour maintenir leur volume et assurer des processus physiologiques normaux..
Comment les échanges de gaz dans les poumons
Ainsi, nous avons respiré et l'air à travers le nasopharynx pénètre dans la trachée, puis dans les bronches. Les poumons sont un organe apparié, respectivement, et les bronches aussi. En termes simples, les bronches sont des tubes creux à travers lesquels passe l'air. Les bronches droite et gauche se prolongent respectivement dans les poumons droit et gauche. Cet endroit est appelé la racine du poumon en médecine. De plus, les bronches, comme un arbre, se désintègrent en branches plus petites - bronches lobulaires, puis se divisent encore - en bronches segmentaires, qui à leur tour se transforment en bronches lobulaires. Dans chaque poumon, il y a 800 à 1000 de ces «branches». Les bronches lobulaires se décomposent en tubes plus petits - des bronchioles dont le diamètre est inférieur à un millimètre. À la fin de chaque bronchiole se trouvent les soi-disant alvéoles. Ce sont des bulles d'air dont la coque est la membrane la plus fine.
La structure des poumons ressemble à un arbre inversé:
Vous avez probablement déjà deviné que l'échange de gaz a lieu dans les alvéoles. Les poumons sont imprégnés des plus petits vaisseaux sanguins - les capillaires. Une telle grille est nécessaire pour le transfert d'oxygène, de dioxyde de carbone et d'autres substances gazeuses. Ils peuvent traverser la membrane des alvéoles et des capillaires. C'est là que la physique entre en jeu. L'oxygène passe en raison de la différence de pression partielle dans le sang et dans l'air inhalé. Autrement dit, le sang pauvre en oxygène le tire littéralement vers lui-même. Une fois dans le sang, l'oxygène est immédiatement capturé par l'hémoglobine des érythrocytes et transporté dans tout le corps. De la même manière, des substances volatiles, dont le dioxyde de carbone, quittent le sang..
Ceci, bien sûr, est un schéma plutôt primitif pour représenter les échanges gazeux dans les poumons, mais en général, il correspond aux processus en cours.
En raison du grand nombre d'alvéoles dans les poumons, une grande surface est fournie pour une interaction complète du sang et de l'air.
La composition approximative de l'air que nous respirons:
Oxygène - 20-21%, dioxyde de carbone - 0,03%, azote -79-80%
La composition approximative de l'air expiré:
Oxygène 16,3%, dioxyde de carbone 4%, azote - environ 80%
Autrement dit, il s'avère qu'il y a de l'oxygène dans l'air expiré, c'est-à-dire que cet air n'est pas entièrement «sans vie». Beaucoup pensent que la raison de la sensation d'étouffement dans les pièces non ventilées avec une grande foule de personnes est associée à un excès de dioxyde de carbone et à un manque d'oxygène. Ce n'est pas entièrement vrai. Dans les pièces étouffantes, en règle générale, il fait chaud et humide, car une petite quantité d'eau laisse le corps respirer. Et il s'avère donc que si nous sommes une équipe nombreuse et sympathique pendant longtemps dans une pièce fermée, l'air devient plus humide. Subjectivement, cela est perçu comme une carence en oxygène..
Tensioactif pulmonaire
Un surfactant pulmonaire est un liquide qui recouvre les alvéoles d'une fine couche de l'intérieur. La fonction principale du surfactant est d'empêcher les alvéoles de coller ensemble lors de l'expiration. Afin de comprendre comment fonctionne ce mécanisme, vous devez imaginer un ballon que nous avons gonflé, puis libéré de l'air. S'il n'y a pas de coque de protection de l'intérieur, la balle collera ensemble et il sera problématique de la gonfler à nouveau.
Le surfactant se compose de protéines, de lipides et de glucides et est synthétisé par les cellules des alvéoles.
Les poumons sont fixés et commencent à se développer à partir d'environ 3 semaines de développement intra-utérin. Puisque cet organe n'est pas encore nécessaire au fœtus, le surfactant commence à être produit à la fin du troisième trimestre de la grossesse. À la naissance, le bébé souffre d'un manque d'oxygène et inhale par réflexe. Le premier cri d'un nouveau-né n'est rien de plus que la première expiration. Cela suggère que tout est en ordre - les poumons se sont redressés et l'enfant a commencé à respirer activement.
Chez les bébés prématurés, le tissu pulmonaire est immature, il n'y a pas assez de surfactant ou pas du tout de surfactant. Par conséquent, ils subissent une ventilation artificielle des poumons et, en cas d'insuffisance respiratoire sévère, un surfactant est administré. Ce médicament contient un tensioactif animal hautement purifié.
Une autre fonction importante d'un surfactant est de protéger contre l'infection, que nous respirons avec l'air..
Capacité vitale pulmonaire (CV)
La capacité vitale des poumons est le volume d'air maximal qu'une personne peut inhaler après une expiration maximale..
Au repos, une personne inhale et expire environ 500 ml d'air. Dans un état calme, nous ne respirons principalement que le haut des poumons. Avec un échange gazeux intensif, les parties inférieures des poumons fonctionnent également, la respiration devient plus profonde et nous respirons plus d'air.
Cela ne signifie pas que les athlètes ont des poumons plus gros qu'une personne non entraînée. C'est juste la quantité d'air que l'athlète peut respirer beaucoup plus. Pourquoi c'est important? Le fait est que la ventilation profonde comprend des parties de réserve des poumons, dans lesquelles une congestion et une inflammation sont souvent observées en raison de l'inactivité. Un entraînement régulier augmente la consommation maximale d'oxygène de 20 à 30%, dilate les bronches et stimule la sécrétion de mucus.
Les sports tels que le tennis, la natation, l'athlétisme et toutes les activités physiques liées au cardio sont idéaux pour l'entraînement pulmonaire..
Fonctions pulmonaires non associées à l'échange gazeux
Si tout est relativement clair avec l'échange de gaz, alors beaucoup ne connaissent même pas les autres fonctions des poumons. Décomposons-les:
1. La fonction protectrice des poumons est d'éliminer l'infection et d'éliminer la poussière et autres corps étrangers. En plus du surfactant, qui fournit une protection mécanique, le tissu pulmonaire contient de nombreuses cellules immunitaires qui reconnaissent et détruisent l'infection. Ses fragments, ainsi que les cellules immunitaires épuisées, la poussière et d'autres particules étrangères, laissent le corps avec de l'air expiré et du mucus. À propos, la toux est un réflexe protecteur, ce qui suggère qu'il est temps d'éliminer l'excès avec le mucus.
2. Dépôt de sang. Les capillaires des poumons stockent environ 450 ml de sang, qui peuvent être utilisés en cas de perte de sang.
3. Filtration du sang. Les petits caillots sanguins sont filtrés et fondus dans les poumons.
4. Participation au métabolisme. La synthèse des protéines se produit dans les poumons. Dans ce cas, l'azote, nécessaire à cette synthèse, est partiellement prélevé sur l'air inhalé. Comme on dit, "pas seulement du pain".
Un autre processus important qui a lieu dans les poumons est l'activation de l'angiotensine II. Cette substance est un puissant agent vasoconstricteur - elle est directement impliquée dans la régulation de la pression artérielle.
De plus, la sérotonine est inactivée dans les poumons et l'histamine, la bradykinine et d'autres substances biologiquement actives sont stockées.
5. Maintenir l'équilibre de l'eau dans le corps. En cours de respiration, l'eau s'évapore.
6. Thermorégulation. Les poumons ont la capacité de produire de la chaleur. Ils réchauffent non seulement l'air inhalé, mais tout le corps dans son ensemble..
7. Libération de substances volatiles présentes dans l'air inhalé ou synthétisées dans le corps. Ceux-ci comprennent le dioxyde de carbone, le méthane, l'acétone et d'autres substances nocives qui empoisonnent notre corps..
Prévention des maladies pulmonaires
Et enfin, parlons un peu de la prévention des maladies pulmonaires. La plupart d'entre nous vivent dans des villes industrielles où l'air, qui par définition devrait être transparent, peut être vu. Et, apparemment, le moment n'est pas loin où nous pourrons le toucher - le pourcentage de suspension provenant de la poussière industrielle et de construction est si élevé.
Il est inutile de parler des dangers du tabagisme, laissons les militants de ZOZhniki pardonner une telle catégoricité. Vous pouvez arrêter de fumer si vous le souhaitez. Et beaucoup ne l'ont tout simplement pas. Tous ceux qui voulaient depuis longtemps passer à la vape (cigarettes électroniques). Leur sécurité relative est discutable. Il est très étrange que les gens soient si rapidement «entraînés» dans ce processus. Les fabricants de cigarettes ont été les premiers à tirer la sonnette d'alarme, car cela a gravement touché leur entreprise. Et tu pensais qu'ils étaient tellement inquiets pour la santé de la génération?
C'était une petite digression du sujet. Après tout, votre santé est entre vos mains. Parlons mieux de ce que nos poumons aiment et pouvons-nous les nettoyer.
Les poumons sont capables de récupération partielle. Mais si vous fumez un paquet par jour depuis dix ans, ne leur demandez pas l'impossible. Les alvéoles détruites ne peuvent pas se régénérer. La fonction des bronches est restaurée - leurs cils commencent à remplir la fonction perdue de nettoyage du mucus et des substances nocives. Subjectivement, cela se traduit par une diminution de l'intensité de l'essoufflement et par une amélioration du bien-être général..
En général, les poumons, comme de nombreux organes de notre corps, sont un système d'auto-guérison. Il suffit d'éliminer les facteurs négatifs et la santé commencera à leur revenir. Dans les 2-3 semaines, vous ressentirez de nettes améliorations dans votre corps.
Il existe des produits qui aident indirectement à nettoyer les poumons en raison des antioxydants, des substances bactéricides et expectorantes dans leur composition. Ce sont les ananas, les pommes, le thé vert, l'ail, les oignons, le gingembre, le lait, l'avoine, le miel. Il existe de nombreuses recettes de décoctions de pommes de pin, d'herbes et d'autres composants végétaux.
Pour un nettoyage plus rapide des poumons, il est recommandé de boire beaucoup d'eau - au moins 2 à 2,5 litres par jour. Il détache le mucus et stimule la sécrétion de mucosités.
L'inhalation fonctionne bien. Vous pouvez utiliser des solutions salines ou de l'eau minérale, ou vous pouvez y ajouter des huiles essentielles - huile d'eucalyptus, de cèdre, de sapin et de genièvre.
Les amateurs de bain seront également ravis - cette procédure de guérison a un effet bénéfique sur nos poumons. N'en faites pas trop avec la température - elle ne doit pas être très élevée pour ne pas brûler la membrane muqueuse.
Le moyen le plus efficace d'améliorer la santé des poumons et de tout le système respiratoire dans son ensemble est, bien entendu, le sport. Mais il y a une condition qu'il n'est pas toujours possible de réaliser - vous devez faire du sport en plein air, c'est-à-dire loin de la ville..
Comment les échanges gazeux se produisent dans les poumons et dans d'autres organes?
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Ventilation et volumes pulmonaires. Échange de gaz et transport de gaz
La quantité de ventilation pulmonaire est déterminée par la profondeur de la respiration et la fréquence des mouvements respiratoires.
Fig. 3. Volumes et capacités pulmonaires
(explications dans le texte) agrandir
La caractéristique quantitative de la ventilation pulmonaire est le volume de respiration minute (MRV) - le volume d'air traversant les poumons en 1 minute. Au repos, la fréquence respiratoire d'une personne est d'environ 16 par minute et le volume d'air expiré est d'environ 500 ml. En multipliant la fréquence respiratoire en 1 minute par le volume courant, on obtient le MRV, qui chez une personne au repos est en moyenne de 8 l / min.
Ventilation maximale des poumons (MVL) - le volume d'air qui traverse les poumons en 1 minute pendant la fréquence et la profondeur maximales des mouvements respiratoires.La ventilation maximale se produit pendant un travail intensif, avec un manque de 02 contenu (hypoxie) et un excès de CO2 (hypercapnie) dans l'inhalation air. Dans ces conditions, le MOD peut atteindre 150 à 200 litres par minute..
Le volume d'air dans les poumons et les voies respiratoires dépend des caractéristiques constitutionnelles, anthropologiques et d'âge d'une personne, des propriétés du tissu pulmonaire, de la tension superficielle des alvéoles, ainsi que de la force développée par les muscles respiratoires..
Pour évaluer la fonction de ventilation des poumons, l'état des voies respiratoires, pour étudier le schéma (schéma) de la respiration, différentes méthodes de recherche sont utilisées: pneumographie, spirométrie, spirographie, écran pneumatique. À l'aide d'un spirographe, il est possible de déterminer et d'enregistrer les valeurs des volumes d'air pulmonaire traversant les voies respiratoires d'une personne (Fig.3).
Avec une inhalation forcée (profonde), une personne peut en outre inhaler un certain volume d'air. Ce volume d'inspiration de réserve (RVD) est le volume d'air maximal qu'une personne peut inhaler après une respiration calme. La valeur du volume d'inspiration de réserve chez un adulte est d'environ 1,8 à 2,0 litres..
Après une expiration calme, une personne peut, avec une expiration forcée, expirer en outre un certain volume d'air. Il s'agit du volume expiratoire de réserve (ROV), dont la valeur moyenne est de 1,2 à 1,4 litre..
Le volume d'air qui reste dans les poumons après l'expiration maximale et dans les poumons d'une personne décédée est le volume pulmonaire résiduel (00). Le volume résiduel est de 1,2 à 1,5 litre. En raison de la poitrine en forme de tonneau, les aborigènes des hautes terres conservent des valeurs plus élevées de cet indicateur, grâce auxquelles il est possible de maintenir la teneur en CO2 nécessaire dans le corps, suffisante pour réguler la respiration dans ces conditions. Les capacités pulmonaires suivantes sont distinguées:
- capacité pulmonaire totale (VLEP) - le volume d'air dans les poumons après l'inhalation maximale - les quatre volumes;
- la capacité vitale des poumons (CV) comprend le volume courant, le volume de réserve inspiratoire, le volume de réserve expiratoire. VC est le volume d'air expiré par les poumons après une inhalation maximale avec une expiration maximale. VC = OEL - volume pulmonaire résiduel. Le VC est de 3,5 à 5,0 litres pour les hommes, de 3,0 à 4,0 litres pour les femmes;
- la capacité inspiratoire (Unités) est égale à la somme du volume courant et du volume de réserve inspiratoire, en moyenne de 2,0 à 2,5 litres;
- capacité résiduelle fonctionnelle (FRC) - le volume d'air dans les poumons après une expiration calme. Dans les poumons, avec une inspiration et une expiration calmes, environ 2500 ml d'air sont constamment contenus, remplissant les alvéoles et les voies respiratoires inférieures. Pour cette raison, la composition gazeuse de l'air alvéolaire est maintenue à un niveau constant.
L'air dans les voies respiratoires (la cavité de la bouche, du nez, du pharynx, de la trachée, des bronches et des bronchioles) ne participe pas aux échanges gazeux, et par conséquent l'espace des voies respiratoires est appelé un espace respiratoire nocif ou mort. Lors d'une inhalation silencieuse de 500 ml, seuls 350 ml d'air atmosphérique inhalé pénètrent dans les alvéoles. Les 150 ml restants sont conservés dans l'espace mort anatomique. En moyenne un tiers du volume courant, l'espace mort réduit l'efficacité de la ventilation alvéolaire de cette quantité pendant une respiration silencieuse. Dans les cas où le volume courant augmente plusieurs fois pendant le travail physique, le volume de l'espace mort anatomique n'affecte pratiquement pas l'efficacité de la ventilation alvéolaire..
Dans certaines conditions pathologiques - avec anémie, embolie pulmonaire ou emphysème, des foyers - des zones d'espace mort alvéolaire - peuvent survenir. Les échanges gazeux ne se produisent pas dans ces zones des poumons..
L'échange gazeux d'O2 et de CO2 à travers la membrane alvéolaire-capillaire se produit par diffusion, qui s'effectue en deux étapes. Au premier stade, le transfert de diffusion des gaz se produit à travers la barrière air-sang, au deuxième stade, la liaison des gaz dans le sang des capillaires pulmonaires se produit, dont le volume laisse 80-150 ml avec une épaisseur de la couche sanguine dans les capillaires de seulement 5-8 microns. Le plasma sanguin n'interfère pratiquement pas avec la diffusion des gaz, contrairement à la membrane érythrocytaire.
La structure des poumons crée des conditions favorables aux échanges gazeux: la zone respiratoire de chaque poumon contient environ 300 millions d'alvéoles et environ le même nombre de capillaires, a une superficie de 40-140 m2, avec une épaisseur de barrière air-sang de seulement 0,3-1,2 microns.
Les caractéristiques de la diffusion gazeuse sont caractérisées quantitativement par la capacité de diffusion des poumons. Pour l'O2, la capacité de diffusion des poumons est le volume de gaz transféré des alvéoles dans le sang en 1 minute à un gradient de pression de gaz alvéolaire-capillaire égal à 1 mm Hg..
Le mouvement des gaz se produit en raison de la différence des pressions partielles. La pression partielle est la partie de la pression qu'un gaz donné produit à partir du mélange gazeux total. La pression réduite d'Od dans le tissu favorise le mouvement de l'oxygène vers celui-ci. Pour le CO2, le gradient de pression est dirigé dans la direction opposée, et le CO2 avec l'air expiré va dans l'environnement. L'étude de la physiologie de la respiration revient en fait à étudier ces gradients et comment ils sont maintenus..
Le gradient de la pression partielle d'oxygène et de dioxyde de carbone est la force avec laquelle les molécules de ces gaz s'efforcent de pénétrer à travers la membrane alvéolaire dans le sang. La tension partielle d'un gaz dans le sang ou les tissus est la force avec laquelle les molécules d'un gaz soluble ont tendance à s'échapper dans un environnement gazeux..
Au niveau de la mer, la pression atmosphérique est en moyenne de 760 mmHg et le pourcentage d'oxygène est d'environ 21%. Dans ce cas, la pO2 dans l'atmosphère est: 760 x 21/100 = 159 mm Hg. Lors du calcul de la pression partielle des gaz dans l'air alvéolaire, il convient de garder à l'esprit que cet air contient de la vapeur d'eau (47 mm Hg). Par conséquent, ce nombre est soustrait de la valeur de la pression atmosphérique et la fraction de la pression partielle des gaz est (760 ^ 47) = 713 mm Hg. Lorsque la teneur en oxygène de l'air alvéolaire est de 14%, sa pression partielle sera de 100 mm Hg. Art. Avec une teneur en dioxyde de carbone de 5,5%, la pression partielle de CO2 sera d'environ 40 mm Hg..
Dans le sang artériel, la tension partielle en oxygène atteint près de 100 mm Hg, dans le sang veineux - environ 40 mm Hg et dans le liquide tissulaire, dans les cellules - 10-15 mm Hg. La tension du dioxyde de carbone dans le sang artériel est d'environ 40 mm Hg, dans le sang veineux - 46 mm Hg et dans les tissus - jusqu'à 60 mm Hg..
Les gaz dans le sang sont dans deux états: physiquement dissous et chimiquement liés. La dissolution se produit conformément à la loi de Henry, selon laquelle la quantité de gaz dissous dans un liquide est directement proportionnelle à la pression partielle de ce gaz au-dessus du liquide. Pour chaque unité de pression partielle, 0,003 ml d'O2 ou 3 ml / l de sang sont dissous dans 100 ml de sang.
Chaque gaz a son propre coefficient de solubilité. À température corporelle, la solubilité du CO2 est 25 fois supérieure à l'O2. En raison de la bonne solubilité du dioxyde de carbone dans le sang et les tissus, le CO2 est transféré 20 fois plus facilement que l'O2. La tendance d'un gaz à passer d'une phase liquide à une phase gazeuse est appelée tension gazeuse. Dans des conditions normales, 100 ml de sang sont dissous dans seulement 0,3 ml de 02 et 2,6 ml de CO2. De telles valeurs ne peuvent pas répondre aux besoins de l'organisme en O2.
L'échange gazeux d'oxygène entre l'air alvéolaire et le sang se produit en raison de la présence d'un gradient de concentration 02 entre ces milieux. Le transport de l'oxygène commence dans les capillaires des poumons, où la majeure partie de l'O2 entrant dans le sang entre dans une liaison chimique avec l'hémoglobine. L'hémoglobine est capable de se lier sélectivement à l'O2 et de former de l'oxyhémoglobine (HbO2). Un gramme d'hémoglobine lie 1,36 à 1,34 ml d'O2 et 1 litre de sang contient 140 à 150 g d'hémoglobine. Il y a 1,39 ml d'oxygène par gramme d'hémoglobine. Par conséquent, dans chaque litre de sang, la teneur maximale en oxygène possible sous une forme chimiquement liée sera de 190 à 200 ml d'O2 ou 19% en volume - c'est la capacité en oxygène du sang. Le sang humain contient environ 700 à 800 g d'hémoglobine et peut lier 1 litre d'oxygène.
La capacité d'oxygène du sang est comprise comme la quantité d'O2 qui est liée par le sang jusqu'à ce que l'hémoglobine soit complètement saturée. Un changement de la concentration d'hémoglobine dans le sang, par exemple, avec une anémie, un empoisonnement avec des poisons, modifie sa capacité en oxygène. À la naissance, une personne a une capacité d'oxygène et une concentration d'hémoglobine dans le sang plus élevées. La saturation en oxygène du sang exprime le rapport de la quantité d'oxygène lié à la capacité en oxygène du sang, c.-à-d. la saturation sanguine 02 fait référence au pourcentage d'oxyhémoglobine par rapport à l'hémoglobine présente dans le sang. Dans des CONDITIONS normales, la saturation en O2 est de 95 à 97%. Lors de la respiration d'oxygène pur, la saturation sanguine 02 atteint 100% et lors de la respiration avec un mélange gazeux à faible teneur en oxygène, le pourcentage de saturation diminue. La perte de conscience se produit à 60-65%.
La dépendance de la liaison de l'oxygène par le sang à sa pression partielle peut être représentée sous la forme d'un graphique, où p02 dans le sang se dépose en abscisse et la saturation de l'hémoglobine en oxygène est en ordonnée..
Figure: 4. Courbes de dissociation de l'oxyhémoglobine du sang total à différents pH sanguins [A] et avec des changements de température (5)
Les courbes 1 à 6 correspondent à 0 °, 10 °, 20 °, 30 °, 38 ° et 43 ° C (agrandir)
Ce graphique est la courbe de dissociation de l'oxyhémoglobine, ou la courbe de saturation, montre quelle proportion d'hémoglobine dans un sang donné est associée à 02 à l'une ou l'autre de ses pressions partielles, et qui est dissociée, c'est-à-dire sans oxygène. La courbe de dissociation est en forme de S. Le plateau de la courbe est caractéristique du sang artériel saturé en O2 (saturé) et la partie descendante abrupte de la courbe est caractéristique du sang veineux ou désaturé dans les tissus (Fig.4).
L'affinité de l'oxygène pour l'hémoglobine et la capacité de libérer 02 dans les tissus dépendent des besoins métaboliques des cellules du corps et sont régulées par les facteurs les plus importants du métabolisme tissulaire, qui provoquent un décalage de la courbe de dissociation. Ces facteurs comprennent: la concentration d'ions hydrogène, la température, la tension partielle du dioxyde de carbone et un composé qui s'accumule dans les globules rouges est le phosphate de 2,3-diphosphoglycérate (DPG). Une diminution du pH sanguin provoque un déplacement de la courbe de dissociation vers la droite, et une augmentation du pH sanguin provoque un déplacement de la courbe vers la gauche. En raison de l'augmentation de la teneur en CO2 dans les tissus, le pH est également inférieur à celui du plasma sanguin. La valeur du pH et la teneur en CO2 dans les tissus corporels modifient l'affinité de l'hémoglobine pour l'O2. Leur influence sur la courbe de dissociation de l'oxyhémoglobine est appelée effet Bohr (H. Bohr, 1904). Avec une augmentation de la concentration en ions hydrogène et de la tension partielle de CO2 dans le milieu, l'affinité de l'hémoglobine pour l'oxygène diminue. Cet «effet» a une signification adaptative importante: le CO2 dans les tissus pénètre dans les capillaires, de sorte que le sang, au même pO2, est capable de libérer plus d'oxygène. Le métabolite 2,3-DPG formé lors de la dégradation du glucose réduit également l'affinité de l'hémoglobine pour l'oxygène..
La température influence également la courbe de dissociation de l'oxyhémoglobine. Une augmentation de la température augmente considérablement le taux de décomposition de l'oxyhémoglobine et réduit l'affinité de l'hémoglobine à 02. Une augmentation de la température des muscles qui travaillent favorise la libération d'O2. La liaison de 02 à l'hémoglobine réduit l'affinité de ses groupes aminés pour le CO2 (effet Holden). La diffusion du CO2 du sang vers les alvéoles est assurée par l'apport de CO2 dissous dans le plasma sanguin (5-10%), des hydrocarbures (80-90%) et, enfin, des composés carbamiques des érythrocytes (5-15%), capables de se dissocier.
Le dioxyde de carbone dans le sang est en trois fractions: physiquement dissous, chimiquement lié sous forme de bicarbonates et chimiquement lié à l'hémoglobine sous forme de carbohémoglobine. Le sang veineux ne contient que 580 ml de dioxyde de carbone. Dans le même temps, la part de gaz physiquement dissous représente 25 ml, la part de carbohémoglobine - environ 45 ml et la part de bicarbonates - 510 ml (bicarbonates plasmatiques - 340 ml, érythrocytes - 170 ml). Le sang artériel contient moins d'acide carbonique.
Le processus de liaison du CO2 par le sang dépend de la tension partielle du dioxyde de carbone physiquement dissous. Le dioxyde de carbone pénètre dans l'érythrocyte, où se trouve une enzyme appelée anhydrase carbonique, qui peut multiplier par 10 000 le taux de formation d'acide carbonique. Après avoir traversé l'érythrocyte, l'acide carbonique est converti en bicarbonate et transporté vers les poumons.
Les érythrocytes transportent 3 fois plus de CO2 que le plasma. Les protéines plasmatiques représentent 8 g pour 100 cm3 de sang, tandis que l'hémoglobine est contenue dans le sang 15 g pour 100 cm3. La plus grande partie du CO2 est transportée dans l'organisme à l'état lié sous forme d'hydrocarbures et de composés carbamiques, ce qui augmente le temps d'échange de CO2.
En plus du CO2 moléculaire physiquement dissous dans le plasma sanguin, le CO2 diffuse du sang dans les alvéoles des poumons, qui est libéré des composés carbamiques des érythrocytes en raison de l'oxydation de l'hémoglobine dans les capillaires du poumon, ainsi que des hydrogénocarbonates du plasma sanguin à la suite de leur dissociation rapide à l'aide de l'enzyme anhydrase carbonique contenue dans les érythrocytes. Cette enzyme est absente du plasma. Les bicarbonates plasmatiques doivent d'abord pénétrer dans les érythrocytes afin de libérer du CO2 pour être exposés à l'anhydrase carbonique. Le plasma contient du bicarbonate de sodium et les érythrocytes contiennent du bicarbonate de potassium. La membrane des érythrocytes est bien perméable au CO2, donc une partie du CO2 diffuse rapidement du plasma dans les érythrocytes. La plus grande quantité de bicarbonates de plasma sanguin est formée avec la participation de l'anhydrase carbonique érythrocytaire.
Il convient de noter que le processus d'élimination du CO2 du sang dans les alvéoles du poumon est moins limité que l'oxygénation du sang, car le CO2 moléculaire pénètre plus facilement à travers les membranes biologiques que l'O2..
Divers poisons, limitant le transport d'Od, tels que le CO, les nitrites, les ferrocyanures et bien d'autres, n'affectent pratiquement pas le transport du CO2.Les bloqueurs de l'anhydrase carbonique ne perturbent jamais complètement la formation de CO2 moléculaire. Enfin, les tissus ont une grande capacité tampon, mais ne sont pas protégés contre une carence en O2. L'excrétion de CO2 par les poumons peut être perturbée par une diminution significative de la ventilation pulmonaire (hypoventilation) en raison de maladies des poumons, des voies respiratoires, d'intoxication ou de respiration dérégulée. La rétention de CO2 conduit à une acidose respiratoire - une diminution de la concentration de bicarbonates, un déplacement du pH sanguin vers le côté acide. Une excrétion excessive de CO2 lors de l'hyperventilation lors d'un travail musculaire intense, lors de la montée à de grandes hauteurs, peut provoquer une alcalose respiratoire, un déplacement du pH sanguin vers le côté alcalin.