Les échanges gazeux respiratoires

L’étude des échanges respiratoires s’est faite en trois étapes

1°) Comparaison de la composition de l’air inspiré et de l’air expiré.

Des expériences simples, faciles à réaliser, permettent de comparer l’air inspiré et

l’air expiré.

Première expérience:

- Description: Deux flacons renferment de l’eau de chaux à mi-hauteur, Ils sont fermés d’un bouchon où passent deux tubes en verre: un tube court ne plongeant pas dans l’eau de chaux (A), et un tube long qui y plonge (B).

Un individu place sa bouche à l’extrémité du tube A et inspire plusieurs fois par ce tube. L’air qu’il inspire ainsi vient de l’extérieur par e tube B et barbote dans l’eau de chaux avant d’arriver à sa bouche. Puis le même sujet place sa bouche en B (2e flacon) et expire plusieurs fois, par la bouche, dans ce tube. L’air expiré barbote dans l’eau de chaux.

- Résultat :

- l’eau de çhaux du 1er récipient, où l’air inspiré a barboté, ne se trouble pas.

- l’eau de chaux de 2e récipient, où l’air expiré a barboté, se trouble.

- Conclusion:

L’air inspiré renferme pas (ou peu) de CO₂.

L’air expiré en renferme beaucoup.

ou encore: Dans les poumons, l’air s’enrichit en CO₂.

Deuxième expérience:

- Description

On dispose de deux flacons vides, munis du même dispositif de tubes que précédemment.

Un sujet, plaçant sa bouche en A, inspire plusieurs fois de l’air, qui, venant par

le tube B, traverse le flacon avant d’arriver dans ses poumons.

Puis, prenant e 2e flacon, le su jet expre chaque fois l’air de ses poumons par

le tube B.

-Résultat:

- rien ne s’est produit dans le 1er flacon.

- les parois du 2e se sont couvertes de vapeur d’eau (buée).

- Concusion:

L’air inspiré renferme peu ou pas de vapeur d’eau.

L’air expiré en renferme beaucoup.

ou encore: Dans les poumons, l’air s’enrichit en vapeur d’eau.

L’air se réchauffe aussi dans les poumons: soufflez sur votre main pour vous en

rendre compte.

Troisième expérience:

-Description

Vous n’avez peut-être pas tout ce qu’il faut pour la réaliser. Suivez-en la description:

Dans le fond d’un bocal, on met un peu d’eau de chaux. Au dessus, on dispose un grillage qui peut soutenir une petite souris. On bouche soigneusement le bocal d’un bouchon muni d’un tube recourbé, dont une extrémité vient plonger dans un petit bac renfermant de l’eau colorée. Dans le tube, l’eau colorée est au même niveau que dans le bac.

Résultat:

Au bout d’un moment:

- l’eau de chaux se trouble.

- le bocal se couvre de vapeur d’eau.

- l’eau colorée monte dans le tube.

- Conclusion:

La souris a rejeté du gaz carbonique qui s’est fixé sur l’eau de chaux. Elle a rejeté aussi de la vapeur d’eau (cela confirme les résultats précédents). Mais, puisque l’eau s’est élevée dans le tube, c’est qu’un gaz de l’air a disparu, remplacé par l’eau colorée. Le gaz qui a disparu est de l’oxygène. D’ailleurs, si on laisse la souris trop longtemps enfermée, elle ne tarde pas à mourir.

Dans les poumons, l’air perd son oxygène.

Si nous rapprochons ces trois sortes de résultats, on peut dire :

Dans les poumons, l’air Perd sonne. Il se charge de gaz carbonique de vapeur d’eau.

2°) Echanges gazeux au niveau des poumons.

Nous avons appris que l’hémoglobine des globules rouges peut se charger et se décharger en oxygène: qu’elle peut aussi s’emparer de gaz carbonique et le relâcher.

Nous avons appris aussi que le sang qui entre dans les poumons est riche en gaz carbonique; que le sang qui en ressort est riche en oxygène, c’est-à-dire, sous une autre forme :

Dans les poumons, le sang perd du gaz carbonique. Il se charge d’oxygène.

Rapprochons les changements subis par le sang dans les poumons de ceux subis par l’air :

- dans les poumons, le sang perd du gaz carbonique

                                                                           se charge d’oxygène

- dans les poumons, l’air perd son oxygène

                                                  se charge de gaz carbonique.

Nous constatons que ce qui est perdu par l’air est pris par le sang et inversement. Il est donc normal de penser que dans les poumons,, l’air et le sang échangent oxygène et gaz carbonique. Ces échanges se font au niveau des alvéoles. En effet, à ce niveau, le sang des capillaires et l’air des alvéoles ne sont séparés que par la très fine membrane des capillaires sanguins : oxygène et gaz carbonique la traversent facilement.

Dans les poumons, des «échanges» ont lieu entre l’air et le sang.

Le gaz carbonique du sang passe dans l’air des alvéoles pulmonaires.

L’oxygène de l’air passe dans le sang.

3°) Echanges gazeux au niveau des tissus.

L’expérience qui est représentée (au chap. III) a été faite pour la première fois en 1870. On s’est aperçu qu’un fragment de tissu (muscle frais par exemple) absorbe de l’oxygène et rejette du gaz carbonique (image. 9).

Comparez cette expérience à celle réalisée auparavant avec la souris vous constatez que les échanges qui se font, dans l’expérience, entre l’air et le muscle sont les mêmes que ceux qui se font habituellement, dans les poumons, entre l’air et le sang.

image 9 Bronchiographie

Dans notre organisme, le « muscle » et tous les autres tissus de nos organes, « respirent » aussi, mais ils ne sont pas en contact avec l’air, Ils ne peuvent y rejettera leur gaz carbonique ni y puiser l’oxygène. Ils le font dans le sang. Le sang joue le rôle d’intermédiaire entre l’air et les cellules des organes.

Chaque cellule de notre corps «respire», c’est-à-dire absorbe de l’oxygène et rejette du gaz carbonique: c’est la respiration des tissus. Le sang apporte aux tissus l’oxygène nécessaire: il le prend au niveau des poumons: le sang emporte le gaz carbonique rejeté par les cellules des tissus : il s’en décharge au niveau des poumons: c’est la respiration pulmonaire.

CONCLUSION

Par la respiration, notre organisme absorbe de l’oxygène, rejette du gaz carbonique et de la vapeur d’eau. Ces phénomènes s’accompagnent d’une production de chaleur.

Le premier, un physicien français nommé LAVOISIER, eut l’idée de comparer la. respiration à une combustion. Dans une combustion, il y a aussi consommation d’oxygène, production de gaz carbonique et de chaleur. Dans les deux cas, l’oxygène est nécessaire. Dans le cas d’une combustion, « l’oxydation » se fait a7ec production de flamme et de chaleur: c’est une oxydation « vive ». Dans le cas de la respiration, elle se fait sans flamme : c’est une oxydation « lente ».

On sait maintenant que, dans notre corps, les « oxydations » se font dans les cellules de nos tissus. Les échanges gazeux respiratoires qui ont lieu dans les poumons entre l’air et le sang ne sont que le reflet des échanges gazeux qui se font, dans les organes, entre le sang et les cellules vivantes.

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Les mouvements respiratoires

Quels sont les signes «extérieurs», visibles, de la respiration? Il y a en a deux?

- des mouvements de la cage thoracique: la poitrine se soulève et s’abaisse

régulièrement

- un «va-et-vient» de l’air qui pénètre et sort des fosses nasales. Ces deux manifestations sont liées

- quand la poitrine se soulève, de l’air entre dans les voies respiratoires c’est le «mouvement d’inspiration».

- quand ta poitrine s’abaisse, de l’air sort par les voies respiratoires : c’est le «mouvement d’expiration»

1°) Les mouvements «normaux»: leur mécanisme.

Ce sont des mouvements qui s’accomplissent sans que nous y pensions, même pendant notre

sommeil ces mouvements «normaux» sont involontaires, automatiques. Ce sont des actes «réflexes»: leur «centre» se trouve dans le bulbe rachidien. Dans une certaine mesure, ces réflexes peuvent être soumis à la volonté (je «retiens» mon souffle, je l’interromps ou l’accélère).

Quel est le mécanisme de ces mouvements? Pourquoi mouvements de la cage thoracique et circulation de l’air dans les poumons sont-ils liés?

Mécanisme de l’inspiration.

Regardez les image. 3 et 4. Vous voyez que, normalement, les côtes sont dirigées vers le bas. Lors d’une inspiration, s’articulant avec les vertèbres dorsales, elles se soulèvent, soulevant en même temps le sternum.

Nous avons appris que les mouvements des os sont toujours dus à la contraction de muscles. Quels sont les muscles qui interviennent ici?

Ce sont les muscles respiratoires. Sur chaque côte, s’attache, par son tendon inférieur, un muscle respiratoire. Ce muscle s’attache par son tendon supérieur, à la colonne vertébrale. En se contractant, les muscles respiratoires tirent les côtes vers le haut.

Ce mouvement des côtes augmente (voir image. 5 et 6) e diamètre antéropostérieur de la cage thoracique et aussi son diamètre transversal. Le. diamètre, vertical augmente aussi, car, simultanément, le diaphragme, se contractant, s’abaisse.

Dès lors, le mécanisme des mouvements d’ inspiration s’ explique de la façon suivante:

1 - li y e contraction des muscles respiratoires et contraction du diaphragme.

2 - La contraction des muscles respiratoires entraîne les côtes.

3 - Les côtes, en se soulevant, entraînent avec elles les plèvres, car la plèvre externe est adhérente à la cage thoracique.

4 - La plèvre interne, collée au poumon, entraîne ce dernier qui est élastique (de même, le diaphragme «tire» sur le poumon).

5 - Ce mouvement d’extension des poumons augmente la capacité des vésicules pulmonaires : cela crée un «appel» de l’air qui pénètre dans les poumons.

A l’origine de tous ces phénomènes, il y e contraction des muscles: on dit, à cause de cela, que l’inspiration est un phénomène actif.

Mécanisme de l’expiration (image. 7 et 8).

Les phénomènes sont inverses des précédents

- les muscles respiratoires et le diaphragme se décontractent

- les côtes s’abaissent poussant sur les plèvres et le diaphragme ne «tire» plus les poumons vers le bas;

- les poumons comprimés se vident de l’air qui emplissait leurs alvéoles. Parce qu’elle correspond à la décontraction des muscles, l’expiration est un phénomène passif.

Les mouvements d’inspiration sont dus à la contraction de muscles respiratoires et du diaphragme. Les mouvements d’expiration correspondent à la décontraction. des mêmes muscles. Les poumons suivent passivement les mouvements de la cage thoracique. Ces mouvements conditionnent la circulation de l’air dans les vésicules pulmonaires.

On a mesuré la quantité d’air qui circule dans les poumons lors des mouvements

elle est égale à 0,5 l. On l’appelle «l’air courant».

2°) Les mouvements respiratoires «forcés».

Ce sont des mouvements volontaires.

- On peut augmenter l’amplitude d’un mouvement d’inspiration : on fait alors une inspiration «forcée». Il pénètre alors une plus grande quantité d’air dans les poumons. Uns inspiration forcée permet d’absorber, en plus de l’air courant, 1,5 l d’air c’est «l’air complémentaire».

- On peut aussi augmenter l’amplitude de l’expiration: c’est une expiration « forcée » qui, suivant une expiration normale, permet de rejeter, en plus de l’air courant, 1 l d’air, appelé «air de réserve».

Donc, si un sujet effectue une inspiration forcée (inspirez le plus possible), puis

rejette l’air de ses poumons en faisant une expiration forcée (expirez le plus possible),

il rejette une quantité d’air égale à :

- 1,5 l correspondant à l’air de l’inspiration forcée

- 0,5 l correspondant à l’air courant

- 1,5 l correspondant à l’air de l’expiration forcée soit 3 l.

Ces 3 l, représentant la capacité «vitale» de l’individu.

3°) La capacité pulmonaire.

Des poumons vidés de tout l’air de capacité vitale (après une expiration forcée)

renferme encore une certaine quantité d’air c’est l’air «résiduel» : 1,5 l.

On appelle «capacité pulmonaire» la quantité totale d’air pouvant être contenue dans les poumons. Elle est égale à :

- capacité vitale : 3,5  l

+ air résiduel :      1,5 l

                            ——

                             5 litres.

On a comparé l’appareil respiratoire à un soufflet dans lequel on peut faire pénétrer une plus ou moins grande quantité d’air. Ce sont les mouvements de la cage thoracique qui actionnent ce soufflet (pensez au soufflet du forgeron).

Normalement, le «soufflet» fonctionne dans les limites correspondant à l’air courant (0,5 l) à un rythme de 15 mouvements inspiration expiration à la minute. Faisons un petit calcul

- il circule dans nos poumons en une minute: 0,5 l X 15 = 7,5 litres d’air,

- il circule dans nos poumons en une heure : 7,5 l X 60 = 450 litres !

- il circule dans nos poumons en 24 heures : 450 l X 24 = 10.800 litres, soit 10 m³ !

Par les mouvements respiratoires, une très grande quantité d’air circule normalement dans nos poumons et passe dans les alvéoles, au contact des capillaires sanguins.

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