Effet Bohr: un élément clé de la respiration

biologie, Respiration, science

L’effet Bohr est la description d’un phénomène physique impliquant l’oxygène, le dioxyde de carbone et l’hémoglobine. Lorsque l’on s’intéresse à la respiration, connaître son existence permet de comprendre des problématiques contre-intuitive concernant la manière de respirer. En particulier, cela explique pourquoi on insiste souvent plus sur les apnées vides, les longues expirations et les pauses respiratoires. Il m’a donc paru intéressant d’écrire un article sur cet effet Bohr assez tôt sur ce blog.

 

L’effet Bohr permet les longues apnées des mammifères marins et des pratiquants de la méthode Wim Hof…

Un Bref historique

 

L’effet Bohr est issu du travail de Christian Bohr (1855-1911), un médecin danois père du lauréat du Nobel de physique Niels Bohr et grand père du lauréat du Nobel de physique Aage Bohr (il y a des familles comme ça…). Titulaire d’un PhD. en physiologie, il s’est intéressé durant sa carrière à la respiration. Il est le premier à avoir décrit le volume mort pulmonaire, c’est-à-dire le volume dans lequel aucun échange gazeux n’est possible. Autrement dit, tout le volume inspiratoire n’est pas utilisé pour la respiration. Ce volume permet par contre de maintenir les alvéoles dilatées. Il a donc décrit cela en 1891 (Bohr, C. (1891). Über die Lungenathmung. Skand. Arch. Physiol. 2: 236-268.).

En 1903, il décrit l’interaction entre oxygène, hémoglobine, hydrogène et dioxyde de carbone. Lors de cette interaction, l’oxygène fixé à l’hémoglobine perd son affinité avec cette dernière au fur et à mesure que la quantité de CO2 et d’hydrogène augmente localement. Ce phénomène a par la suite été appelé effet Bohr.

 

Mécanisme chimique de l’effet Bohr

Courbe de saturation de l’hémoglobine en fonction de la pression en  oxygène. Le passage à la courbe en pointillés rouges est causé par l’effet Bohr (source wikipédia)

L’effet Bohr est la diminution de l’affinité de l’hémoglobine pour l’oxygène en présence de CO2 (et d’hydrogène). En d’autres termes, plus il y a de CO2, moins l’oxygène reste attaché à l’hémoglobine. En effet, comme le CO2 se dissout dans l’eau et l’acidifie, une augmentation du niveau de CO2 dans le sang provoque son acidification (plus d’ions hydrogènes, courbe rouge). Par conséquent, cela augmente la pression en oxygène sur l’hémoglobine diminuant son affinité. Ainsi, l’hémoglobine relargue l’oxygène dans les tissus. A l’inverse, quand le niveau de CO2 diminue, cela entraîne un stockage de l’oxygène par l’hémoglobine puisque le pH augmente (courbe bleue claire).

 

Effet Bohr
Les courbes de la publication originale de Bohr. Plus la pression en CO2 augmente, plus il est difficile d’atteindre la saturation de l’hémoglobine.

 

Deux autres facteurs participent également à l’effet Bohr: l’augmentation de la température et le 2,3-diphosphoglycérate, un produit de la glycolyse, diminue l’affinité de l’O2 pour l’hémoglobine. En gros, tout ce qui indique que les tissus fonctionnent beaucoup et ont besoin d’oxygène.

 

Le rôle physiologique de l’effet Bohr

L’effet Bohr permet le transport de l’oxygène dans le sang. Lorsque le sang arrive dans les poumons, la quantité d’oxygène est très élevée et donc l’oxygène sature l’hémoglobine rapidement. Ceci permet à l’hémoglobine d’être chargée quasi immédiatement lors de son passage dans les poumons pour retourner dans la grande circulation sanguine. Lorsque l’hémoglobine arrive dans les tissus, l’effet Bohr permet de relâcher l’oxygène plus spécifiquement dans les tissus qui en ont le plus besoin. Par exemple, un muscle au travail, avec un métabolisme accéléré, aura tendance à s’acidifier ne serait-ce qu’à cause du CO2 relarguer dans les réactions métaboliques. Or, quand le CO2 est relâché dans le sang, il réagit avec l’eau selon la réaction suivante:

CO2 + H2 HCO3 + H+

Le CO2 forme ainsi un ion bicarbonate libérant un proton qui acidifie localement le sang. La pression dans les capillaires sanguins étant faible, cette acidification locale reste en place assez longtemps pour que quand l’hémoglobine chargée arrive il se passe la réaction suivante:

HbO2 + H+  HbH+ + O2

Autrement dit, l’hémoglobine perd son affinité pour l’oxygène à cause du CO2 et de l’acidité. L’oxygène sera relâchée dans le tissu tandis que l’hémoglobine se lie à un proton. Cette liaison lui permettra ensuite de se lier à une molécule de CO2 pour l’évacuer dans les poumons où il s’éliminera dans l’expiration.

 

 

Le cas de l’activité anaérobie

 

Comme vue précédemment, le métabolisme anaérobie n’est que peu rentable comparé au métabolisme aérobie. Or, ce métabolisme est très acidifiant puisqu’un des déchets produits est l’acide lactique. Le pouvoir acidifiant est tel qu’en sa présence, on estime que 10% d’oxygène supplémentaire est relargué dans les tissus (Voet, Donald; Judith G. Voet; Charlotte W. Pratt (2013). Fundamentals of Biochemistry: Life at the Molecular Level (4th ed.). John Wiley & Sons, Inc. p. 189.). Ceci après l’effort évidemment mais pendant aussi. Le corps cherche donc à rapidement revenir en situation aérobie. Jouer consciemment sur l’effet Bohr est fondamental par conséquent pour augmenter les performances sportives.

Ainsi, la manière de respirer pourra favoriser le maintient en aérobie grâce à un apport précoce de CO2 pour acidifier d’entrée le sang au niveau des tissus musculaires. Ceci permettra un meilleur apport en oxygène dans les tissus et donc un maintien de l’activité aérobie.

Paradoxalement, on comprend ainsi beaucoup mieux pourquoi une hyperventilation nous met finalement en hypoxie… Et favorise le switch au métabolisme anaérobie!

 

L’enseignement des mammifères marins sur l’apnée

 

Sans rentrer dans les détails, une corrélation a été faîte entre la taille des mammifères qui est inversement proportionnelle à l’efficacité de l’effet Bohr. Une souris a ainsi un effet Bohr deux fois et demi plus important qu’un éléphant. On s’attendrait donc à ce qu’une baleine ait un effet Bohr très faible. Or ce n’est pas le cas. La baleine a un effet Bohr aussi important que celui d’un cochon de guinée.

La raison s’explique par l’adaptation aux longues plongées des mammifères marins. L’effet Bohr sert ainsi à consommer tout l’oxygène lié à l’hémoglobine pendant la plongée alimentant le corps en oxygène pendant longtemps. Par comparaison, quand nous respirons, notre saturation en oxygène reste de l’ordre de 95% indiquant que nous n’utilisons pas la plupart de l’oxygène stocké dans l’hémoglobine… 

Son utilisation permet ainsi d’allonger largement les temps d’apnée.

 

L’effet Bohr au centre des pratiques respiratoires

 

Comprendre l’effet Bohr, c’est donc comprendre de nombreuses pratiques respiratoires. Cela permet aussi d’expliquer de nombreux phénomènes liés à ces pratiques. Nous reviendrons sur cette notion lorsque nous parlerons de la méthode Wim Hof, de la méthode Buteyko et du Pranayama. On peut également mieux saisir pourquoi la marche afghane intègre ces temps de pause…

La respiration est un art. Par contre, sa compréhension est une science. Savoir pourquoi, comment , où et quand respirer permettent ainsi d’optimiser les pratiques liées à notre physiologie. Comprendre l’effet Bohr est donc un indispensable.

 

Essayer de lier vos pratiques avec cet apport et laissez en commentaire vos réflexions sur les raisons de l’efficacité de vos propres techniques! Partagez cet article s’il vous a plu et n’oubliez pas de liker la page facebook pour vous tenir au courant des dernières actualités!

 

A bientôt

 

Yvan

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4 réponses sur “Effet Bohr: un élément clé de la respiration”

  1. Trés interessant cet axe de travail, d’ailleurs un medecin du nom du Dr J. PRESCHER a élaboré un entraînement respiratoire basé par la méthode spiroscopique (basé sur l’expiration).

  2. Super article encore une fois. C’est très intéressant de vous lire.

    Cependant, j’ai noté une petite erreur ici: « on comprend ainsi beaucoup mieux pourquoi une hyperventilation nous met finalement en hypoxie… ».
    En fait, vous vouliez sans doute dire « en hypocapnie » puisque l’hyperventilation élimine le CO2 et non pas l’oxygène.

    Merci encore.

    1. Merci Marc!

      Vous avez effectivement raison de souligner qu’il y a une hypocapnie. Néanmoins, je parlais bien d’hypoxie dans le sens où les tissus n’ont plus accès à l’oxygène qui est bloqué sur l’hémoglobine à cause de l’hypocapnie justement dans le sang.
      D’ailleurs, c’est pour ça que sur des cycles d’hyperventilation, on observe des muscles qui se crispent, leur métabolisme n’ayant plus accès à l’oxygène, la liaison actine/ myosine ne peut plus se défaire par manque d’ATP (je peux retrouver la référence). Donc il y a bien une hypoxie tissulaire (et cellulaire donc) bien que le sang soit plein d’oxygène.

      Merci pour cette question qui indique qu’il y avait besoin d’un éclaircissement!

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