SANS manger, vous pourrez continuer à vivre plusieurs semaines. Sans boire, vous ne survivrez que quelques jours. Mais si vous retenez votre respiration, alors en quelques secondes vous ressentirez un malaise. Et quatre minutes sans oxygène suffiront pour provoquer des lésions cérébrales et la mort. Incontestablement, ce dont le corps a le plus immédiatement besoin, c’est d’oxygène.

Vous ne pouvez probablement pas maîtriser la qualité de l’air que vous respirez. Malgré tout, vous avez besoin d’air et cela, quelles que soient les circonstances. Comment pouvez-vous survivre quand l’air est trop froid, trop chaud, trop sec ou lorsqu’il est chargé de particules polluantes? Comment faites-vous pour extraire de cet air l’oxygène indispensable à la vie, et comment celui-ci va-t-il atteindre toutes les parties de votre corps? Comment vous débarrassez-vous du dioxyde de carbone, ou gaz carbonique? Tout cela est possible grâce à vos poumons, une autre merveille d'ingéniosité.

Coup d’œil sur les poumons

Les poumons sont les deux organes essentiels de la respiration. Logés dans un endroit idéal, la cage thoracique, ils sont disposés de part et d’autre du cœur. Le poumon droit est découpé en trois parties, ou lobes, et le poumon gauche en deux. Chaque lobe est relativement indépendant des autres, ce qui explique que les chirurgiens peuvent retirer un lobe malade sans entraver le fonctionnement de ceux qui sont sains. À première vue, la consistance du poumon ressemble à celle d’une éponge.

Les poumons, à leur base, sont en contact avec le diaphragme, une cloison musculaire puissante qui sépare la cavité thoracique de la cavité abdominale. C’est le muscle le plus important de la respiration; il contribue au gonflement et au relâchement permanents des poumons. À partir du diaphragme, les poumons se prolongent vers le haut jusqu’à la base du cou.

le diaphragme permet de relâcher les poumons lors de l'expiration

Une fine membrane enveloppe chaque poumon. Cette membrane, la plèvre, tapisse aussi l’intérieur de la paroi thoracique. L’espace compris entre les deux feuillets de la membrane pleurale est rempli d’un liquide lubrifiant qui permet aux poumons et à la cage thoracique de glisser facilement, sans frottement, pendant la respiration.

Les scientifiques ont identifié dans les poumons 25 à 30 cellules de types différents. Divers muscles et nerfs, os et cartilage, vaisseaux sanguins, liquides, hormones et substances chimiques jouent un rôle important dans le fonctionnement des poumons. Bien que les hommes de science ne saisissent pas tous les aspects du mécanisme de ces organes, faisons connaissance avec quelques-unes de leurs nombreuses particularités qui sont bien comprises.

Un “arbre” de conduits aérifères

Les voies respiratoires sont essentiellement constituées d’une série de tubes et de conduits qui communiquent les uns avec les autres et à travers lesquels l’air doit effectuer tout un parcours avant d’atteindre les poumons. Tout d’abord, l’air pénètre par le nez ou la bouche et passe par le pharynx, ou gorge. Le pharynx sert à la fois à avaler les aliments et à respirer. Afin d’empêcher la nourriture et les boissons de descendre dans les voies respiratoires, une languette flexible, connue sous le nom d’épiglotte, obture leur orifice lors de la déglutition.

L’air traverse ensuite le larynx, où se trouvent les cordes vocales. Vient ensuite la trachée, ou trachée-artère, longue de 11,5 centimètres et soutenue par environ 20 anneaux cartilagineux, en forme de C, répartis sur toute sa longueur.

Naissance d'un arbre

À son extrémité, la trachée se divise en deux conduits de 2,5 centimètres de long: les bronches principales. L’une plonge dans le poumon gauche, l’autre dans le poumon droit. À l’intérieur des poumons, ces bronches se subdivisent encore en d’autres conduits.

Cette ramification se poursuit à l’intérieur des poumons jusqu’à former une structure qui ressemble à un arbre avec le tronc, les branches et les rameaux. Évidemment, à chaque bifurcation, les voies aériennes deviennent de plus en plus fines. L’air pénètre ensuite dans les petites branches de 1 millimètre de diamètre environ, qui forment un lacis de tubes miniatures que l’on appelle bronchioles. Les bronchioles se divisent en canaux encore plus étroits qui envoient l’air à l’intérieur de quelque 300 millions de petits sacs aériens, appelés alvéoles. Ces petites cavités sont disposées en bouquets et ressemblent à des grappes de raisin ou de minuscules ballons. C’est ici que le système de conduits aérifères en forme d’arbre se termine; l’air atteint sa destination finale.

L’étape finale

Lorsqu’il aborde sa dernière étape, l’air que vous respirez se retrouve à l’intérieur des alvéoles, dont les parois sont extrêmement fines. Leur épaisseur n’est que de 0,5 micron.

détail d'une bronchiole, symbiose appareil respiratoire - appareil circulatoire

Chacune de ces alvéoles est recouverte d’un réseau de vaisseaux sanguins, les capillaires pulmonaires. Ils sont si étroits qu’il ne peut y circuler qu’un seul globule rouge à la fois! Et les parois sont si fines que le gaz carbonique du sang peut filtrer à travers elles pour pénétrer dans l’alvéole. L’oxygène, quant à lui, fait le chemin inverse: il sort de l’alvéole pour être fixé par les globules rouges.

Le tissu qui constitue chaque poumon contient une multitude d'alvéoles remplies d'air et serrées les unes contre les autres. La paroi qui sépare deux alvéoles renferme des capillaires sanguins. Un poumon humain comporte environ 700 millions d'alvéoles.

Avançant en file indienne, les globules rouges restent dans les capillaires pulmonaires environ trois quarts de seconde. C’est amplement suffisant pour permettre au gaz carbonique et à l’oxygène d’échanger leurs places. Ces mouvements de gaz s’effectuent grâce à un processus appelé diffusion. Le sang oxygéné passe ensuite dans des veines de plus grand calibre à l’intérieur des poumons, et finalement il atteint la partie gauche du cœur; de là, il est envoyé à travers le corps et joue son rôle de liquide vital. En tout, il faut à peu près une minute pour que la totalité du sang de votre corps passe à travers ce système complexe.

L'expiration : double fonction

Maintenant que l’air a atteint sa destination finale et qu’il est chargé en gaz carbonique, comment fait-il pour sortir des poumons? Faut-il qu’il emprunte un deuxième réseau de conduits qui seraient réservés à l’expiration? Non. Cette merveille qu’est l’arbre bronchique sert à la fois à faire entrer l’air et à le faire sortir. On notera que, lorsque vous expirez pour débarrasser vos poumons du gaz carbonique, vous pouvez également faire vibrer vos cordes vocales, produisant ainsi les sons nécessaires à la parole.

Contrôle de qualité

Lorsque l’air que vous respirez passe par votre nez et votre bouche, il est soumis à un véritable contrôle de qualité. Quand l’air est trop froid, il est rapidement réchauffé à une température convenable. Quand il est trop chaud, il subit un refroidissement. Que se passe-t-il quand l’air est trop sec? Les parois du nez, des fosses nasales, de la gorge et des autres conduits respiratoires sont tapissées d’un liquide appelé mucus. Lorsque vous inspirez de l’air sec, l’eau contenue dans le mucus s’évapore. Ainsi, au moment où il arrive au plus profond des poumons, l’air a une humidité relative de presque cent pour cent. Et lorsque vous expirez, il redonne au mucus plus de la moitié de son humidité.

Le contrôle de qualité comprend aussi un système perfectionné de filtration de l’air. En une journée, environ 9 500 litres d’air transitent par les poumons. Cet air véhicule souvent des agents infectieux, des particules toxiques, de la fumée et d’autres impuretés. Cependant, votre système respiratoire a été conçu pour éliminer la plupart de ces polluants.

En effet, tout au long des voies respiratoires sont disposées des cellules sécrétant du mucus, des glandes et des cellules ciliées. Ceci permet de créer une couche de mucus tapissant les voies, et permet aux particules (poussières, bactéries, ...) de s'y impacter. Dès le début, les poils et la muqueuse du nez bloquent le passage aux plus grosses particules de poussière. Plus loin, des millions de protubérances microscopiques, ressemblant à des poils, tapissent les parois du reste des voies respiratoires. On les appelle des cils. Ils ondulent de l’arrière vers l’avant à un rythme de 16 battements par seconde, jouant le rôle de palettes qui chassent des poumons le mucus sale. Le mouvement des cils des cellules ciliées déplace ce mucus en direction du pharynx, permettant son élimination dans le tube digestif. Ceci constitue un mécanisme important de défense des poumons contre les agressions extérieures. De plus, des cellules spéciales, les macrophages alvéolaires, sont au service des poumons pour tuer les bactéries et avaler les particules dangereuses (les macrophages sont des cellules du système immunitaire. Leur rôle est de phagocyter, c'est-à-dire de détruire en absorbant les corps étrangers).

Ainsi, l’air que vous inhalez est climatisé et filtré avant d’atteindre les tissus les plus fragiles de vos poumons.

Un système automatique

Contrairement à la nourriture et à l’eau qu’il faut prendre de façon délibérée, l’oxygène peut être tiré de l’atmosphère sans que vous ayez à faire d’efforts conscients. Des poumons en bonne santé permettent d’inspirer et d’expirer environ 14 fois par minute et peuvent extraire l’oxygène de l’air de manière automatique. Même quand vous dormez, vos poumons continuent à fonctionner sans que vous ayez à intervenir de façon consciente.

Il vous est également possible d’interrompre ce mécanisme automatique. Ainsi vous pouvez, dans une certaine mesure, contrôler volontairement votre respiration si vous le désirez. Imaginez ce qui se passerait si votre respiration continuait à fonctionner automatiquement lorsque vous nagez sous l’eau! Avec un rythme respiratoire de 14 cycles par minute, auriez-vous le temps, en cas d’incendie, de vous échapper d’une pièce remplie de fumée, s’il ne vous était pas possible de retenir votre souffle? Bien sûr, on ne peut pas déconnecter ce mécanisme automatique pendant de longues périodes de temps. Au bout de quelques minutes tout au plus, vos poumons reprendront inévitablement leur automatisme.

Mais, au cours de ce fonctionnement réflexe, qu’est-ce qui stimule vos muscles de la respiration, entraînant le gonflement ou le relâchement des poumons? Le centre de régulation se trouve dans le tronc cérébral, où des récepteurs spéciaux contrôlent le niveau du gaz carbonique dans le corps. Lorsque le taux de ce gaz augmente, des messages sont envoyés dans un réseau de nerfs; ceux-ci activent alors les muscles spécifiques de la respiration.

Ce système a l’avantage d’être remarquablement souple. Les poumons peuvent s’adapter même à des changements brusques dans vos activités. Par exemple, au cours d’un exercice vigoureux, votre corps pourra utiliser environ 25 fois plus d’oxygène et rejeter 25 fois plus de gaz carbonique que lorsqu’il est au repos. Pourtant, vos poumons modifient presque instantanément la fréquence et la profondeur de votre respiration de manière à répondre aux perpétuelles variations de vos besoins en oxygène.

D’autres moyens de régulation hautement perfectionnés permettent aux poumons de fonctionner correctement. Par exemple, certains des muscles qui servent à la respiration jouent également d’autres rôles, comme aider à la déglutition et produire des sons. Ces fonctions sont bien équilibrées les unes par rapport aux autres et entravent rarement la respiration. Et tout cela marche sans aucun effort conscient de votre part. Oui, tout est automatique!

Bien sûr, le fonctionnement des poumons peut être affecté de différentes manières, particulièrement en cas de baisse de résistance. Pour ne parler que de quelques troubles, citons l’asthme, la bronchite, l’emphysème, le cancer du poumon, l’œdème pulmonaire, la pleurésie, la pneumonie, la tuberculose et un certain nombre d’infections bactériennes, virales et fongiques.

Cependant, ce n’est pas une erreur ou une faille dans la conception des poumons qui est responsable de tels troubles. La plupart des maladies pulmonaires sont provoquées par l’inhalation de polluants, de poussières et de vapeurs déversés par l’homme dans son environnement. Des millions de personnes souffrent aujourd’hui du cancer du poumon, de bronchite et d’emphysème parce qu’elles fument ou parce que, par d’autres pratiques nuisibles, elles infligent des mauvais traitements à leur système respiratoire.

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