Poumon

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Poumon
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Poumons humains :
1 : Trach√©e
2 : Veine pulmonaire
3 : Art√®re pulmonaire
4 : Conduit alv√©olaire
5 : Alv√©ole
6 et 7 : Bronchioles
8 : Bronche tertiaire (segmentaire)
9 : Bronche secondaire (lobaire)
10 : Bronche primaire (souche)
11 : Larynx

Le poumon est un organe invaginé permettant d'échanger des gaz vitaux, notamment l'oxygène et le dioxyde de carbone. L'oxygène est nécessaire au métabolisme de l'organisme, et le dioxyde de carbone doit être évacué.

Sommaire

Vertébrés

Outre les √©changes gazeux, les poumons participent √† d'autres fonctions, comme par exemple la r√©gulation du m√©tabolisme acido-basique ainsi qu'un r√īle de filtration du sang en √©liminant de petits caillots.

Le poumon des Vertébrés prend son origine embryologique dans une excroissance du pharynx. Il est désormais admis que cette origine est différente de celle de la vessie natatoire. L'un des arguments fort est que les poumons sont une divergence de la paroi ventrale et non dorsale du pharynx.


Serpents

Chez la majorité des serpents un seul poumon subsiste, le poumon droit, le gauche étant soit atrophié soit absent[1]. On trouve un poumon gauche fonctionnel chez les espèces primitives de boa et de python. Ce poumon est vestigial ou complètement absent chez les autres serpents. Comme la majorité des organes internes des serpents, du fait de l'addition des vertèbres supplémentaires, il est allongé.

L'unique poumon droit a acquis de nouveaux diverticules chez certaines esp√®ces :

  • Un poumon trach√©en, une extension √† l'amont du poumon droit, qui permet la respiration lors de l'ingestion d'une proie.
  • Une partie inf√©rieure d√©velopp√©e servant √† r√©gler l'√©quilibre hydrostatique chez les esp√®ces aquatiques, comme la vessie natatoire chez les poissons.

Les serpents ont une trachée soutenue par des anneaux cartilagineux qui la maintiennent béante y compris lors de l'ingestion d'une proie les empêchant ainsi de s'étouffer.

Oiseaux

Article d√©taill√© : Syst√®me respiratoire des oiseaux.

Le poumon des oiseaux est tr√®s modifi√©, formant des faisceaux de tubes entre deux sacs a√©riens o√Ļ l'air circule dans un seul sens. Contrairement aux autres poumons o√Ļ l'air fait des mouvements de va-et-vient au cours d'un cycle inspiration/expiration.

Humains

Anatomie

Poumons humains ouverts, trachée et bronches

L'Homme poss√®de deux poumons, gauche et droit, deux organes thoraciques, s√©par√©s l'un de l'autre par le m√©diastin, m√©dialement. Ils sont pos√©s sur le diaphragme et prot√©g√©s par la cage thoracique en avant, en dehors et en arri√®re, sauf au niveau de leur sommet, car ils d√©passent le bord sup√©rieur de la premi√®re c√īte, et montent m√™me jusqu'au dessus de la clavicule, √† la base du cou, dans le creux supraclaviculaire.

Le poumon droit est divis√© en trois lobes (sup√©rieur, moyen et inf√©rieur), le gauche divis√© en deux lobes (sup√©rieur et inf√©rieur). √Ä gauche, la partie lingulaire du lobe sup√©rieur correspond au lobe moyen droit, tandis que la partie culminale (culmen) correspond au lobe sup√©rieur droit. Les lobes sont s√©par√©s par des scissures, deux √† droite (la grande ou ¬ę oblique ¬Ľ, et la petite ou ¬ę horizontale ¬Ľ) et une √† gauche (l'oblique).

Chaque lobe des poumons est divis√© en segments pulmonaires :

La segmentation pulmonaire
Poumon droit Poumon gauche
Lobe pulmonaire supérieur Lobe pulmonaire supérieur
Segment Apical Le Culmen
Segment Apical
Segment Antérieur (ventral) Segment Antérieur (ventral)
Segment Postérieur (dorsal) Segment Postérieur (dorsal)
Lobe pulmonaire moyen La Lingula
Segment Externe (latéral) Segment Supérieur
Segment Interne (médial) Segment Inférieur
Lobe pulmonaire inférieur Lobe pulmonaire inférieur
Segment Apical (Fowler) Segment Apical (Fowler)
Segment Péricardiaque (para-cardiaque) Segment Péricardiaque (para-cardiaque)
Segment Antéro-basal (ventro-basal) Segment Antéro-basal (ventro-basal)
Segment Latero-basal Segment Latero-basal
Segment Postero-basal Segment Postero-basal


La vascularisation pulmonaire art√©rielle est double : le syst√®me pulmonaire et bronchique. Les art√®res pulmonaires apportent le sang veineux du ventricule droit pour l'oxyg√©nation, leur parcours suivant les bronches. Les art√®res bronchiques proviennent de l'aorte ou des art√®res intercostales et apportent le sang oxyg√©n√© √† la paroi bronchique au niveau des bronchioles terminales.

Les poumons sont reli√©s aux c√ītes de la cage thoracique par deux membranes appel√©es pl√®vres. L'inspiration et l'expiration sont sous le contr√īle des muscles intercostaux et du diaphragme qui d√©forment la cage thoracique et donc les poumons via le jeu des pl√®vres.

Physiologie

Schéma de l'appareil respiratoire de l'homme.
Détail des alvéoles et de la circulation pulmonaires

Les poumons sont ventil√©s par les mouvements thoraciques lors de l'inspiration et de l'expiration, qui constituent un cycle respiratoire. En m√™me temps, les alv√©oles re√ßoivent du sang pomp√© par le cŇďur droit. Au repos, 4 litres d'air et 5 litres de sang traversent les poumons par minute. Lors d'un effort, ces quantit√©s peuvent varier de mani√®re importante (jusqu'√† 160 litres d'air et 30 litres de sang par minute). Ces apports permettent aux alv√©oles de remplir leur r√īle d'√©changes gazeux, √† travers de fines membranes qui s√©parent les alv√©oles des capillaires sanguins.

Le poumon est une porte d'entr√©e pour certains microorganismes, virus, gaz et micro- ou nanoparticules toxiques. En cas d'exposition chronique ou d√©passant un seuil de toxicit√© aigu√ę, ces organismes et contaminants peuvent √™tre d'intoxication et/ou de ph√©nom√®nes inflammatoires et allergiques. Ainsi l'exposition √† la pollution particulaire de l'air est source de ph√©nom√®nes inflammatoires (facteur favorisant la canc√©risation) [2]

Voies aériennes

L'air passe par le nez (la voie habituelle au repos) ou par la bouche, pour traverser le pharynx et le larynx, qui constituent les voies a√©riennes sup√©rieures. Il parvient ensuite au niveau de la trach√©e qui se divise en deux bronches souches (au niveau de T5, de la car√®ne), pour se subdiviser de nombreuses fois, jusqu'√† former les bronchioles terminales. Jusqu'√† ce niveau, il n'y a aucun alv√©ole, d'o√Ļ son nom de partie conductrice. Ensuite s'embranchent les bronchioles respiratoires, point de d√©part de la partie respiratoire. Celle-ci contient les alv√©oles, o√Ļ peuvent avoir lieu les √©changes gazeux.

En plus de leur r√īle de conduction de l'air, les voies a√©riennes sup√©rieures assurent le conditionnement de l'air. Elles permettent ainsi de r√©chauffer l'air jusqu'√† la temp√©rature de 37 ¬įC (temp√©rature corporelle) et d'en assurer la saturation en eau. De plus l'air subit un filtrage, en effet tout le long des voies respiratoires sont dispos√©es des cellules s√©cr√©tant du mucus, des glandes et des cellules cili√©es. Ceci permet de cr√©er une couche de mucus tapissant les voies, et ainsi de fixer les particules (poussi√®res, bact√©ries, ...) traversant les dites voies. Le mouvement des cils (des cellules cili√©es) d√©place ce mucus en direction du pharynx permettant son √©limination dans le tube digestif (on parle d'escalateur mucociliaire). Ceci constitue un m√©canisme important de d√©fense des poumons contre les agressions ext√©rieures. De plus, on retrouve des macrophages, qui, par leur action de phagocytose, compl√®tent ce syst√®me de d√©fense.

Alvéoles
Schéma en coupe des cellules d'un alvéole.

C'est dans les alv√©oles, petits sacs terminant les voies respiratoires, appel√©s sacs pulmonaires ou v√©sicules pulmonaires, que se produisent les √©changes gazeux. Ils sont tapiss√©s d'une paroi tr√®s fine (jusqu'√† 0,2 őľm ; pour comparaison, le diam√®tre des globules rouges est de 7 őľm) contenant les capillaires. La surface totale destin√©e aux √©changes est d'environ 130 m¬≤, soit la taille d'un terrain de volley. Ceci permet aux alv√©oles d'assurer leur r√īle, qui est de transmettre l'oxyg√®ne au sang et d'en extraire le dioxyde de carbone.

√Ä ce niveau, on retrouve les pneumocytes de type 2, qui s√©cr√®tent le surfactant. La pr√©sence de ce dernier est essentielle, dans la mesure o√Ļ il permet de diminuer la tension superficielle en permettant ainsi une distension pulmonaire plus facile. Pour comparaison, son r√īle est le m√™me que le savon qu'on ajoute √† l'eau afin de former des bulles de savon. Il pr√©vient le collapsus des alv√©oles en phase d'expiration. Il est lav√© par l'eau lors des noyades ce qui impose une surveillance intensive des noy√©s r√©anim√©s.

Les mouvements de l'air pendant la ventilation pulmonaire

D√©pendent essentiellement de la contraction des muscles respiratoires qui provoque un gradient de pression entra√ģnant l'air √† l'int√©rieur des poumons. L'inspiration est donc qualifi√©e d'active, la contraction du diaphragme, qui augmente le diam√®tre vertical de la cage thoracique et des muscles intercostaux externes, qui augmente le diam√®tre ant√©ropost√©rieur, entra√ģne une diminution de la pression √† l'int√©rieur des poumons et donc une entr√©e d'air.

L'expiration naturelle est un ph√©nom√®ne passif, r√©sultant de forces de rappel √©lastiques lorsque les muscles se rel√Ęchent qui font revenir la cage thoracique √† son volume de d√©but d'inspiration et donc chassent l'air des poumons. On peut n√©anmoins r√©aliser une expiration forc√©e, qui est active. Elle fait intervenir les muscles abdominaux et les muscles intercostaux internes.

Les échanges et le transport des gaz

La respiration externe, pulmonaire, permet la transformation du sang d√©soxyg√©n√© qui vient du cŇďur en sang oxyg√©n√©, qui y retournera pour √™tre redistribu√© √† l'ensemble du corps. Les √©changes entre les alv√©oles et le sang sont en fonction des diff√©rences des pressions partielles, un gaz diffusera de la pression √©lev√©e vers la pression basse selon la loi de Fick. La pression partielle des alv√©oles √©tant de 100 mmHg pour le dioxyg√®ne et de 40 mmHg pour le dioxyde de carbone quand respectivement elle est de 40 mmHg et de 46 mmHg dans le capillaire, l'O2 va des alv√©oles jusqu'au sang et le dioxyde de carbone fait le chemin inverse.
Le temps de contact entre le sang et les alv√©oles est de 0,75 seconde, mais un tiers du temps seulement suffit pour atteindre les √©quilibres. Le syst√®me cŇďur-poumons est appel√© petite circulation ; cette derni√®re a √©t√© mise en √©vidence la premi√®re fois par le m√©decin arabe Ibn Nafis en 1242 au Caire

La régulation de la respiration

La respiration se d√©roule de fa√ßon inconsciente et rythmique gr√Ęce √† l'activit√© de certains neurones du tronc c√©r√©bral. Sa r√©gulation d√©pend essentiellement de la pression partielle de dioxyde de carbone dans le sang, celle-ci √©tant capt√©e par deux types de ch√©mor√©cepteurs localis√©s en p√©riph√©rie et dans le syst√®me nerveux central. Les premiers se situent dans la crosse de l'aorte et √† la bifurcation des carotides, les seconds se situent sur la face ventrale du bulbe rachidien. Toute modification de la teneur en dioxyde de carbone dans le sang entra√ģne une r√©ponse du rythme et de la profondeur de la ventilation. Des modulations des activit√©s respiratoires peuvent aussi √™tre dues √† d'autres stimulations, comme par exemple au cours des √©motions (peur, excitation... )

Le maintien de la stérilité pour assurer une capacité respiratoire

Le poumon, organe complexe, est maintenu stérile par les sécrétions qu'il génère, en particulier par un certain nombre de constituants[3] antimicrobiens présents dans le mucus. En sus des glycoprotéines, exemple mucines, on trouve des protéines antimicrobiennes du type lactoferrine[4], lysozyme, lactoperoxydase[5]' [6]' [7]. On trouve également d'autres protéines de type duox[8]' [9] qui permettent la production de peroxyde d'hydrogène, peroxyde nécessaire à la production d'hypothiocyanite. On notera que cette fonction est altérée chez les patients atteints de mucoviscidose[10].

R√īle du syst√®me nerveux autonome

Une stimulation sympathique de l'arbre bronchique provoque une dilatation des bronches ainsi qu'une inhibition de la sécrétion de mucus. A contrario, une stimulation parasympathique provoque une constriction des bronches ainsi qu'une stimulation de la sécrétion de mucus.

Invertébrés

Il existe √©galement des ¬ę poumons ¬Ľ chez les invert√©br√©s qui ne sont pas homologues des poumons de vert√©br√©s, puisqu'ils sont form√©s par invagination de l'ectoderme. On les trouve chez les Ch√©lic√©rates (araign√©e, scorpion), chez les crabes terrestres (Gecarcinidae, Grapsidae,‚Ķ) et chez les Gast√©ropodes Pulmon√©s (escargot) o√Ļ c'est la cavit√© pall√©ale qui joue le r√īle de poumon, communiquant avec l'ext√©rieur par un petit orifice appel√© pneumostome. D'une mani√®re g√©n√©rale, les poumons permettent une respiration en milieu a√©rien tout en √©vitant la d√©shydratation.

Notes et références

  1. ‚ÜĎ Les serpents, ces animaux fascinants - L'anatomie du serpent sur Squamata
  2. ‚ÜĎ Pope CA III, Hansen ML, Long RW, Nielsen KR, Eatough NL, Wilson WE, et al. 2004. Ambient particulate air pollution, heart rate variability, and blood markers of inflammation in a panel of elderly subjects. Environ Health Perspect 112:339‚Äď345
  3. ‚ÜĎ Travis SM, Conway BA, Zabner J, Smith JJ, Anderson NN, Singh PK, Greenberg EP, Welsh MJ. Activity of abundant antimicrobials of the human airway. Am J Respir Cell Mol Biol. 1999 May;20(5):872-9. http://ajrcmb.atsjournals.org/cgi/reprint/20/5/872
  4. ‚ÜĎ Rogan MP, Taggart CC, Greene CM, Murphy PG, O'Neill SJ, McElvaney NG. Loss of microbicidal activity and increased formation of biofilm due to decreased lactoferrin activity in patients with cystic fibrosis. J Infect Dis. 2004 Oct 1;190(7):1245-53. Epub 2004 Aug 26. http://www.journals.uchicago.edu/doi/pdf/10.1086/423821?cookieSet=1
  5. ‚ÜĎ Conner GE, Salathe M, Forteza R Lactoperoxidase and hydrogen peroxide metabolism in the airway, AmJ Respir Crit Care Med 2002 Dec 15;166 (12 Pt2):S57-1 Review http://ajrccm.atsjournals.org/cgi/reprint/166/12/S1/S57
  6. ‚ÜĎ Wijkstrom-Frei C, El-Chemaly S, Ali-Rachedi R, Gerson C, Cobas MA, Forteza R, Salathe M, Conner GE. Lactoperoxidase and human airway host defense. Am J Respir Cell Mol Biol 2003;29(2):206-12. http://ajrcmb.atsjournals.org/cgi/reprint/29/2/206
  7. ‚ÜĎ Al Obaidi AH. Role of airway lactoperoxidase in scavenging of hydrogen peroxide damage in asthma. Ann Thorac Med. 2007 Jul;2(3):107-10
  8. ‚ÜĎ Fischer H. Mechanism and function of DUOX in epithelia of the lung. Antioxid Redox Signal. 2009;11(10):1-13. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19358684
  9. ‚ÜĎ Rada B, Leto TL. Redox warfare between airway epithelial cells and Pseudomonas : dual oxidase versus pyocyanin. Immunol. Res. 2008. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2776630/pdf/nihms-156213.pdf
  10. ‚ÜĎ Mowska, Patryk, Daniel Lorentzen, Katherine Excoffon, Joseph Zabner, Paul B. McCray, William M. Nauseef, Corinne Dupuy, and Botond B√°nfi. A novel host defense system of airways is defective in cystic fibrosis. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine, 1 Nov. 2006. Web. 26 Nov. 2009. http://ajrccm.atsjournals.org/cgi/reprint/175/2/174.pdf.

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