Approvisionnement en dioxygène et élimination du dioxyde de carbone par l’appareil respiratoire – la respiration pulmonaire

Des échanges gazeux respiratoires entre l'organisme et son milieu de vie

Echanges gazeux par diffusion

La respiration permet de produire de l'énergie sous forme d'ATP. Le dioxygène est réduit en eau. Ce qui nous intéresse ici, c'est l'échange gazeux avec l'environnement ($O_2=>C{O}_2$ ). Cette échangeur doit être le plus efficace possible, et il est possible de le calculer avec la loi de Fick :

$$F=\frac{K\times S\times |P_2-P_1|}{E}$$

où :

• $F$ : flux net du compartiment 1 vers compartiment 2
• $K$ : constante de diffusibilité
• $S$ : surface traversée ($m^2$)
• $\mathrm{\Delta }P$ : différence de pression partielle du gaz entre les deux compartiments considérés ($Pa$)
• $E$ : épaisseur traversée ($m$)

La surface doit être la plus grande possible et l'épaisseur la plus petite possible. Le corps ne peux pas modifier la pression partielle du gaz à l’extérieur, mais elle peut modifier celle dans le sang pour rendre cette différence la plus grande possible et donc l'échangeur le plus optimal possible.L'épaisseur est quasi la même pour tout les êtres humains, mais c'est le fruit de plusieurs millions d'années d'évolution.

Pour les poumons humains, $E$ vaux 0,2 à 0,6 et $S$ = 90 $m^2$. La concentration en oxygène est plus élevé dans les poumons que dans le sang puis dans les globules rouges que dans les organes pour faciliter l'incorporation de l'oxygène. Le $C{O}_2$, lui, doit être expulsé, et c'est donc pour cela que la concentration ($P$) est plus élevé dans les organes que dans le sang. Si il est conservé, il crée le $HC{O}_3$ qui diminue le PH et qui va donc ralentir les différentes fonctions de l'organisme. La différénce de pression favorise le transfert du $C{O}_2/O_2$.

Cependant, Seulement un trentième de l'oxygène dans les poumons est dissous dans le sang. C'est similaire pour le $C{O}_2$. Si l'échangeur n'est pas adapté, nous serrions dans l'incapacité de fonctionner correctement. Comme le milieu aérien est desséchant. Les poumons doivent être légèrement humidifiés, avec un liquide qui ne dissous pas très bien les gazes.

Les échanges

Les voies respiratoires

Le sang est un système de conduit ramifié. Il transmet la seule fonction des voies respiratoires supérieurs.

L'air pénètre par les narines, où les poils filtrent l'air qui passe. Les grosses particules de poussière/pollution sont bloquées. L'air est ensuite réchauffé pour le rendre plus soluble et humidité pour minimiser la disécation des poumons. Cette cavité conduit au pharynx et à l'œsophage/trachée (donc dans le système digestif). Pour éviter des transferts de l'un vers l'autre, il y a la glotte qui agis comme un clapet.

La traché va ensuite se diviser en 2, car nous avons 2 poumons. Ces branches vont se ramifiés en des conduits de plus en plus petits, en passant notamment par les bronchioles qui sont les avant-dernier conduits et un lieu des échanges gazeux. Ces canaux sont de cils, qui permettent d'expulser les particules non voulus. Il y a également un mucus qui permet d’humidifier et de protéger le poumon de la pollution.

Les alvéoles sont les espaces principaux de transmissions de l'air vers le sang. La bronchiole terminale est la fin des tuyaux de ramifications. Il se finit par le sac alvéolaires. Toute ces ramifications forment la surface d'échange (spolier : elle est grande).

Une diffusion air -> liquide serait trop entravé. Avec le surfactant, la diffusion devient liquide -> liquide. Egalement, il permet de conservé les sacs écartés

Phospholipides, cholestérols et protéines seront dissous dans l'eau du Surfactant pour éviter quel a paroi se rétracte sous l'effet des liaisons hydrogènes. C'est ce qui faillie dans certains cas d’asthmes.

Voir schéma pour les notations.