Le poumon, sa structure et l’effet sur la fonction

biologie, Respiration

Depuis le début de ce blog, je n’ai pas pris le temps de parler du poumon, le point d’entrée de l’oxygène dans le système cardio-vasculaire. Dans cet article, je vais donc réparer cet oubli. Le poumon est un organe très particulier. Sa structure est en effet conçue pour optimiser les échanges, échanges qui se font de façon passive grâce à une organisation très particulière. Nous allons voir tout cela dans cet article.

Le poumon et sa morphologie

Le poumon est un organe situé dans la cage thoracique. Il est entouré d’os lui assurant une protection. En avant, le sternum, les côtes en latéral et les scapula en dorsal ainsi que les vertèbres thoraciques. Lorsqu’on parle du poumon, c’est un abus de langage puisqu’en fait, nous en possédons deux, un droit et un gauche. Ils sont chacun posés dans la cavité pleurale et séparés l’un de l’autre par une structure appelé médiastin. Les poumons ne sont pas réellement « fixés ». Ils sont simplement collés à la cage thoracique et au diaphragme (sur leur face inférieure) par la plèvre, un liquide créant un effet ventouse. Ainsi, il peut arriver que lors d’un choc violant, le poumon s’affaisse en se décollant de la plèvre.

Les poumons gauche et droit ne sont pas totalement identiques. En effet, le poumon gauche est divisé en deux lobes, un supérieur et un inférieur. Le droit quant à lui, en possède trois (inférieur, moyen et supérieur).

Le poumon, une interface entre le sang et les gazs atmosphériques.

Le poumon est un organe conçu pour les échanges gazeux. C’est en effet lui qui permet de faire pénétrer l’oxygène dans le sang et d’évacuer le CO2. Le mouvement de ces gazs se fait par simple diffusion. Comment marche une diffusion ? Par des jeux de pression. La pression d’un gaz va le pousser à diffuser vers une zone de pression plus faible que celle qu’il génère. Cette diffusion suit une loi, la loi de Flick qui dit que la quantité de gaz qui traverse un tissu est inversement proportionnelle à son épaisseur mais est proportionnel à sa surface. Ceci signifie que pour qu’il y ait une bonne diffusion, le tissu doit être fin et sa surface doit être importante. Bonne nouvelle, c’est totalement le cas dans le poumon.

En effet, le poumon malgré sa taille limitée est organisé pour optimiser ce ratio surface/ épaisseur. Cela se fait grâce à l’enveloppement de structures appelées alvéoles par des nombreux petits vaisseaux sanguins. Les alvéoles sont de petits sacs polyédriques d’environ 0,33 mm de diamètre et il y en a environ 500 millions. Ceci donne une surface totale d’environ 100 m² pour les échanges gazeux dans un volume qui au final ne fait que quelques litres (4 environ).

Autrement dit, le poumon lorsqu’il est sain permet de facilement assimilé l’oxygène que l’on inspire.

Pourquoi cette surface d’échange est si importante ?

Comment ces alvéoles peuvent-elles être aussi nombreuses ? En fait, les voies aériennes sont constituées de tubes ramifiés. Le tube principal est la trachée. La trachée se subdivise en deux branches, une dans chaque poumon. Puis chaque branche se divise et ainsi de suite. Ce processus de division se poursuit jusqu’aux bronchioles terminales qui elles n’ont plus d’alvéoles. Cette série de divisions permet ainsi d’optimiser l’espace tout en densifiant la surface d’échange.

Par contre, malgré le nombre, la paroi de ces alvéoles est extrêmement fine (0,2 micromètres), permettant l’utilisation d’un espace très réduit. C’est donc cet espace qui permettra des échanges gazeux optimisés entre le poumon et les globules rouges (ou hématies).

La ventilation pulmonaire

Le poumon n’est finalement qu’un amas de tissus non contractile. Ceci signifie que l’air doit entrer et sortir via d’autres moyens. Pour cela, ce sont donc les muscles qui l’entourent qui se chargeront par leur mouvement contractiles de créer ce mouvement. Le muscle principal de l’inspiration est le diaphragme mais il existe des muscles inspiratoires accessoires qui sont là à la fois pour renforcer l’action en cas d’effort mais également dans certains cas prendre le relais si un muscle ne répond plus.

Pour l’expiration, c’est un peu différent puisque c’est un phénomène essentiellement passif. Néanmoins, il peut être accéléré par la contraction des muscles transverses et abdominaux.

Comme nous l’avons vu ailleurs, la régulation de la ventilation se fait de façon inconsciente par le tronc cérébral. Elle va dépendre de récepteurs au CO2 situés dans le bulbe rachidien, la crosse aortique et le les carotides. Ce sont les modifications de ce taux de CO2 qui vont modifier l’’amplitude et le rythme respiratoire. Par exemple, à l’effort, l’accumulation de CO2 va provoquer la recherche d’air frais en augmentant le volume inspiré et en augmentant la fréquence, ce qui mobilisera les muscles accessoires.

La petite circulation sanguine

Le poumon est avec le cœur le seul organe de la petite circulation sanguine. On appelle petite circulation la circulation permettant au sang de se charger en oxygène et se décharger en CO2 alors que la grande circulation permet aux tissus de se charger en oxygène et se décharger en CO2. Elle est appelée ainsi puisqu’elle suit un trajet court allant du cœur au poumon puis du poumon au cœur.

Le sang chargé en CO2 sortant de la grande circulation est envoyé du cœur droit aux poumons par l’artère pulmonaire. Là, le sang relâche le CO2 dans les alvéoles et récupère de l’oxygène. Comment ? Parce que la pression partielle de l’oxygène dans l’alvéole est très supérieure à celle de l’hémoglobine tandis que la pression en CO2 dans l’hémoglobine est supérieure à la pression alvéolaire. Le CO2 va donc aller vers l’alvéole tandis que l’oxygène va aller vers l’hémoglobine. A ce moment-là, le sang chargé va être expulsé par la veine pulmonaire et partir dans le cœur gauche d’où il sera injecté dans la grande circulation.

Les volumes mobilisables

Contrairement à ce qu’on pourrait penser, tout le poumon n’est pas utilisé pour les échanges d’air. La ventilation pulmonaire ne peut donc pas surcharger le poumon en air. Il y a différents volumes dans le poumon, des volumes mobilisables et des volumes résiduels. Seuls les volumes mobilisables sont impliqués dans les échanges gazeux.

On différencie deux types de volumes mobilisables, les volumes inspiratoires et expiratoires.

Le premier volume mobilisable est le volume courant ou tidal. Il est de seulement 0,5 L et c’est le volume que nous utilisons lorsque la respiration est calme. Prenez un spiromètre et testez ce à quoi correspond 0,5 L inspiré, vous verrez que ce n’est pas grand-chose.

Le deuxième est le volume de réserve inspiratoire. Celui-ci est beaucoup plus important puisqu’il peut atteindre 2,5L. Le troisième est le volume de réserve expiratoire. Ce volume fait environ 2L et il se mobilise lors d’une expiration forcée. La somme de ces trois volumes est la capacité vitale et est d’environ 5L.

Enfin, un dernier volume est présent, le volume résiduel qui ne bouge jamais. Il permet de maintenir les alvéoles ouvertes. Il est d’environ 1,2 L. Ajouté au volume de réserve expiratoire, on obtient la capacité résiduelle fonctionnelle.

Augmenter la capacité de prise d’oxygène

Le poumon contient chez quelqu’un de normal environ 6,2 L d’air dont seulement 5 L d’utilisable. Or, développer la capacité vitale peut-être intéressante. En effet, pour de l’apnée, augmenter la capacité vitale permet de stocker plus d’oxygène. Par contre, attention, pour le travail d’endurance comme le vélo où la course, c’est la capacité des tissus à absorber l’oxygène, estimée par la VO2max,  qui importe plus que le volume d’air inspiré. En effet, pouvoir inspirer 8 L d’air mais ne pouvoir en absorber que 50 % revient exactement au même que d’inspirer 4 L mais en assimiler 100 % (pas réalisable néanmoins).

Si on revient à l’apnée, ce n’est pas pareil parce que prendre plus d’air veut dire plus d’oxygène disponible plus longtemps.

Or, comme nous l’avons vu, le poumon n’est qu’une poche. Comment alors augmenter la capacité vitale ? En rendant la cage thoracique plus mobile et en étirant les muscles qui la tiennent. D’où pour les apnéistes l’intérêt de pratiquer le yoga (parmi d’autres !). Ceci permet non seulement d’augmenter le volume disponible mais également d’augmenter la capacité vitale au détriment du volume résiduel.

Pour les gens victime d’insuffisance respiratoire, ce travail peut également être intéressant.

Conclusion

Le poumon est l’organe d’entrée de l’oxygène dans notre corps. Néanmoins, il est peu pris en compte en général dans la préparation physique en tant que tel. Il est intéressant d’explorer ce que vous pouvez faire en travaillant sur cet organe. Il faut faire attention par contre à ne pas tendre vers l’hyperventilation en faisant ce type de travail. N’oubliez pas, il faut respirer moins pour respirer mieux. Par contre, augmenter la capacité vitale peut permettre d’avoir un rythme respiratoire plus lent en augmentant les phases d’inspiration et d’expiration.

Dans le cas du travail spécifique sur le poumon, l’exercice physique est le meilleur moyen de développer cette capacité.

Voilà, c’est tout pour cet article! Ne pas parler du poumon était un oubli important sur un blog qui traite de la respiration, donc voilà, c’est corrigé !

A bientôt

Yvan

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