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Échanges d’oxygène et de dioxyde de carbone

Par Noah Lechtzin, MD, MHS, Associate Professor of Medicine and Director, Adult Cystic Fibrosis Program, Johns Hopkins University School of Medicine

La fonction première du système respiratoire est d’échanger l’oxygène et le dioxyde de carbone. L’oxygène inhalé pénètre dans les poumons et atteint les alvéoles. Les couches cellulaires des parois des alvéoles et des capillaires adjacents ne comptent qu’une seule cellule d’épaisseur et sont en contact très étroit. Cette barrière entre l’air et le sang a une épaisseur moyenne d’environ 1 micron (1/10 000 d’un centimètre). L’oxygène passe rapidement au travers de cette barrière séparant l’air et le sang et pénètre dans le sang capillaire. À l’inverse, le dioxyde de carbone passe du sang vers les alvéoles d’où il sera expiré.

Le sang oxygéné est acheminé à partir des poumons par les veines pulmonaires et dans le côté gauche du cœur, qui fait circuler le sang vers le reste du corps ( Fonction du cœur). Le sang appauvri en oxygène et riche en dioxyde de carbone revient vers la cavité droite du cœur à travers deux grosses veines : la veine cave supérieure et la veine cave inférieure. De là, le sang est envoyé dans l’artère pulmonaire vers les poumons, où il se recharge en oxygène et libère le dioxyde de carbone.

Pour soutenir l’échange d’oxygène et de dioxyde de carbone, environ 5 à 8 litres d’air par minute sont inspirés et expirés par les poumons et environ trois dixièmes d’un litre d’oxygène est transféré des alvéoles dans le sang chaque minute, même lorsque la personne est au repos. Simultanément, un volume équivalent de dioxyde de carbone passe du sang vers les alvéoles, d’où il sera évacué par l’expiration. Au cours d’exercices physiques, il est possible d’inspirer et d’expirer plus de 100 litres d’air par minute et d’extraire 3 litres d’oxygène de cet air par minute. La mesure de la vitesse à laquelle l’oxygène pénètre dans l’organisme est l’un des moyens permettant de mesurer la quantité totale d’énergie dépensée par cet organisme. L’inspiration et l’expiration sont effectuées par les muscles respiratoires.

Échange gazeux entre espaces alvéolaires et capillaires

Le système respiratoire permet l’échange entre deux gaz : l’oxygène et le dioxyde de carbone. Cet échange se produit entre les millions d’alvéoles pulmonaires et les capillaires qui les enveloppent. Comme illustré ci-dessous, l’oxygène inhalé passe des alvéoles au sang des capillaires, et le dioxyde de carbone du sang des capillaires à l’air dans les alvéoles.

Pour que l’oxygène de l’air passe dans le sang circulant dans les poumons, trois processus sont nécessaires : la ventilation, la diffusion et la perfusion.

  • La ventilation est le processus par lequel l’air est inspiré et expiré par les poumons.

  • La diffusion est le transfert passif des gaz, qui ne nécessite aucun effort ou énergie de la part de l’organisme, entre les alvéoles et le sang des capillaires situés dans les poumons.

  • La perfusion est l’action par laquelle le système cardiovasculaire fait circuler le sang à travers les poumons.

La circulation sanguine représente le lien entre l’atmosphère, qui contient l’oxygène, et les cellules de l’organisme, qui consomment l’oxygène. Par exemple, le transfert d’oxygène vers les cellules musculaires ne dépend pas que des poumons mais aussi de la capacité du sang à véhiculer l’oxygène et de la capacité de la circulation à transporter le sang jusqu’au muscle.

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