Biologie et physiopathologie humaines (ST2S) · Première · Appareil respiratoire et échanges gazeux
L’appareil respiratoire et les échanges gazeux
De l’air aux mitochondries.
En bref
Chaque cellule a besoin de dioxygène pour produire son énergie et rejette du dioxyde de carbone.
Chaque cellule a besoin de dioxygène pour produire son énergie et rejette du dioxyde de carbone. L'appareil respiratoire et le sang assurent ces échanges, du nez jusqu'aux mitochondries.
L'organisation de l'appareil respiratoire
Fosses nasalespharynxlarynxtrachéebronchesbronchiolesalvéoles
Les poumons, enveloppés par la plèvre, occupent la cavité thoracique de part et d'autre du cœur, auquel ils sont reliés par les artères et veines pulmonaires. Le diaphragme et les muscles intercostaux assurent la ventilation.
Des parois adaptées
| Le conduit | Sa paroi | Son rôle |
|---|---|---|
| Trachée, bronches | Anneaux de cartilage (en C dans la trachée), épithélium cilié avec cellules à mucus | Rester ouvertes ; le mucus piège les particules, les cils les remontent vers la gorge |
| Bronchioles | Pas de cartilage, muscle lisse | Régler le passage de l'air (elles se contractent dans l'asthme) |
| Alvéoles | Paroi très fine, entourée de capillaires | Échanges gazeux |
La barrière alvéolo-capillaire
Entre l'air de l'alvéole et le sang : l'épithélium alvéolaire, une lame basale commune et l'endothélium du capillaire. Épaisse d'environ 0,5 µm, étendue sur près de 100 m², elle est idéale pour la diffusion.
Le sens des échanges
Un gaz diffuse du milieu où sa pression partielle est la plus forte vers celui où elle est la plus faible.
| Le lieu | Le dioxygène O₂ | Le dioxyde de carbone CO₂ |
|---|---|---|
| Poumons | Passe de l'air alvéolaire (≈ 100 mmHg) au sang veineux (≈ 40 mmHg) | Passe du sang (≈ 46 mmHg) à l'air alvéolaire (≈ 40 mmHg) |
| Tissus | Passe du sang aux cellules, qui le consomment | Passe des cellules, qui le produisent, au sang |
Le transport des gaz
| Le gaz | Ses formes de transport dans le sang |
|---|---|
| O₂ | Environ 98 % fixé à l'hémoglobine (oxyhémoglobine) ; environ 2 % dissous |
| CO₂ | Environ 70 % sous forme d'ions hydrogénocarbonate HCO₃⁻ ; environ 20 % fixé à l'hémoglobine (carbaminohémoglobine) ; environ 10 % dissous |
L'hémoglobine est une protéine de quatre chaînes (deux α, deux β), portant chacune un hème avec un atome de fer Fe²⁺ sur lequel se fixe une molécule d'O₂ : une hémoglobine transporte jusqu'à quatre O₂.
L'affinité de l'hémoglobine
La courbe de saturation donne le pourcentage d'hémoglobine chargée en O₂ selon la pression partielle d'O₂ : dans les poumons, elle est saturée à près de 98 % ; dans les tissus, elle en libère une partie.
Une baisse du pH, une hausse du CO₂ et une hausse de la température diminuent l'affinité de l'hémoglobine pour l'O₂ : la courbe se déplace vers la droite (effet Bohr).
C'est exactement ce qui se passe dans un muscle en activité, chaud, acide et riche en CO₂ : l'hémoglobine y libère davantage d'O₂, là où il est le plus utile.
La respiration cellulaire
Dans les mitochondries, les cellules oxydent les nutriments (glucose) grâce au dioxygène et produisent de l'énergie sous forme d'ATP : C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + énergie.
Racines : pneum(o), pulm(o) poumon ; bronch(o) bronche ; traché(o) trachée ; -pnée respiration (dyspnée : difficulté à respirer).
Teste-toi
6 questions pour vérifier
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1.Dans quel ordre l’air traverse-t-il les voies respiratoires ?
2.Pourquoi la trachée reste-t-elle toujours ouverte ?
3.Quels éléments composent la barrière alvéolo-capillaire ?
4.Dans les poumons, le dioxygène diffuse :
5.Sous quelle forme la majorité du dioxygène est-elle transportée dans le sang ?
6.Sous quelle forme la majorité du CO₂ est-elle transportée ?
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