Les échanges gazeux entre l’air et le sang permettent d’accomplir la fonction principale du système respiratoire qui est d’approvisionner l’organisme en dioxygène |(\text{O}_2)| et d’en expulser le dioxyde de carbone |(\text{CO}_2).|
Les structures ci-dessous sont impliquées dans les échanges gazeux pulmonaires.
Le tableau suivant décrit les différentes structures impliquées dans les échanges gazeux pulmonaires.
| Structure | Description |
|---|---|
| Poumons | Les poumons sont deux organes spongieux et élastiques. On y retrouve les bronchioles et les alvéoles. Grâce aux mouvements respiratoires, l’air entre et sort des poumons. |
| Bronchioles | Les bronchioles sont des petits conduits qui assurent le passage de l’air qui arrive aux alvéoles et qui quitte les alvéoles. |
| Alvéoles | Les alvéoles sont des petites bulles aux extrémités des bronchioles dont la paroi est mince et perméable aux gaz. Les regroupements d’alvéoles sont appelés sacs alvéolaires. |
| Capillaires sanguins | Les capillaires sanguins sont de petits vaisseaux entourant les alvéoles dont la paroi est mince et perméable aux gaz. Sur l’image ci-dessus, les capillaires sanguins rouges se rassemblent en veinules. Celles-ci acheminent le sang des alvéoles vers le cœur. Les capillaires sanguins bleus sont des ramifications d’artérioles. Celles-ci acheminent le sang du cœur vers les alvéoles. |
Dans l’air, les particules de gaz respiratoires sont dissoutes. En revanche, dans le sang, les particules de gaz respiratoires sont en partie dissoutes et en partie fixées à l’hémoglobine, une protéine présente dans les globules rouges.
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Les gaz respiratoires sont le dioxygène |(\text{O}_2),| un intrant de la respiration cellulaire, et le dioxyde de carbone |(\text{CO}_2),| un extrant de la respiration cellulaire.
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La diffusion est un processus de transport passif où les particules d’un soluté ont tendance à se déplacer d’un milieu où sa concentration est plus élevée vers un milieu où sa concentration est plus faible afin que la concentration des deux milieux soit à l’équilibre.
Les gaz respiratoires ont la capacité de traverser la mince paroi des alvéoles et des capillaires sanguins. Cela rend possibles les échanges gazeux pulmonaires par diffusion. Les gaz respiratoires passent de l’air des alvéoles au sang des capillaires sanguins et vice versa en fonction de leur concentration.
Les images suivantes représentent la diffusion du dioxygène |(\text{O}_2)| et du dioxyde de carbone |(\text{CO}_2)| à travers une membrane perméable. Cette membrane pourrait correspondre à la paroi des alvéoles ou à celle des capillaires sanguins.
La concentration en dioxygène |(\text{O}_2)| est plus grande du côté droit de la membrane perméable.
La concentration en dioxyde de carbone |(\text{CO}_2)| est plus grande du côté gauche de la membrane perméable.
La différence des concentrations de part et d’autre de la membrane perturbe le système. Afin d’équilibrer le système, les particules de dioxygène |(\text{O}_2)| ont tendance à traverser la membrane afin de se retrouver du côté gauche. De la même manière, les particules de dioxyde de carbone |(\text{CO}_2)| ont tendance à traverser la membrane afin de se retrouver du côté droit.
La concentration en dioxygène |(\text{O}_2)| est égale de chaque côté de la membrane perméable.
La concentration en dioxyde de carbone |(\text{CO}_2)| est égale de chaque côté de la membrane perméable.
La concentration des gaz respiratoires varie selon :
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le rythme des entrées et des sorties d’air des alvéoles (inspiration et expiration);
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l’apport de sang aux capillaires sanguins.
Le schéma suivant décrit les échanges gazeux entre l’air d’une alvéole et le sang d’un capillaire sanguin.
A. L’air concentré en dioxygène |(\text{O}_2)| arrive aux alvéoles à la suite d’une inspiration.
B. Le sang concentré en dioxyde de carbone |(\text{CO}_2)| arrive aux capillaires sanguins à l’aide de la circulation pulmonaire.
C. La différence de concentration des gaz entre l’air de l’alvéole et le sang du capillaire sanguin initie une tendance au déplacement de particules du milieu le plus concentré vers le milieu le moins concentré. C’est à ce moment que les particules de dioxygène |(\text{O}_2)| tendent à diffuser vers le sang et que les particules de dioxyde de carbone |(\text{CO}_2)| tendent à diffuser vers l’air.
D. Le sang du capillaire sanguin est maintenant plus concentré en dioxygène |(\text{O}_2)| qu’au départ et il est envoyé vers le cœur pour rejoindre la circulation systémique.
E. L’air des alvéoles est maintenant plus concentré en dioxyde de carbone |(\text{CO}_2)| qu’au départ et il est prêt à être expiré.
Ainsi se produisent les échanges gazeux dans les quelque 300 millions d’alvéoles contenues dans les deux poumons. Ce processus permet d’alimenter en dioxygène les milliards de cellules qui constituent le corps humain et d’en purger le dioxyde de carbone.
Il se produit d’autres échanges gazeux dans le corps. Ceux-ci se déroulent entre les cellules des tissus et le sang. On parle alors d’échanges gazeux systémiques.
À la suite des échanges gazeux pulmonaires, les globules rouges chargés de dioxygène |(\text{O}_2)| alimentent les tissus du corps en passant par la circulation sanguine. Par exemple, les artérioles à proximité du biceps du bras acheminent du sang jusqu’aux capillaires sanguins. En raison d’une variation de la concentration, le |(\text{O}_2)| diffuse vers les cellules musculaires. Dans le même ordre d’idée, le dioxyde de carbone |(\text{CO}_2)| produit par les cellules musculaires diffuse vers les capillaires sanguins.
