Échanges gazeux

Votre corps a besoin d'absorber de l'oxygène et d'éliminer le dioxyde de carbone. Cet échange a lieu dans le système d'échange gazeux 气体交换. L'air suit ce chemin vers l'intérieur du corps :

• dans la trachée 气管 (la trachée),
• dans deux bronches 支气管 (une pour chaque poumon),
• dans de nombreux bronchioles 细支气管 plus petits,
• et enfin dans de minuscules sacs d'air appelés alvéoles 肺泡, profondément situées dans les poumons 肺.

Chaque alvéole est entourée d'un réseau de capillaires 毛细血管, rapprochant ainsi l'air et le sang au maximum.

Les cils, les cellules caliciformes et les glandes muqueuses travaillent ensemble pour maintenir la propreté et la santé des poumons : le mucus piège la saleté et les microbes, et les cils les emportent vers la gorge pour être avalés.

Les alvéoles constituent d'excellentes surfaces pour l'échange gazeux, car elles possèdent :

• une très grande surface totale (des millions de petits sacs),
• des parois très minces – l'épithélium squameux de l'alvéole et la paroi capillaire font chacune une seule cellule d'épaisseur, réduisant ainsi considérablement la distance à franchir,
• une riche vascularisation grâce au réseau capillaire,
• un revêtement humide, permettant aux gaz de se dissoudre avant de traverser.

Les gaz se déplacent par diffusion 扩散 selon leurs gradients de concentration 浓度梯度 :

• l'oxygène 氧气 est à haute concentration dans l'air alvéolaire et à basse concentration dans le sang, donc il diffuse de l'air vers le sang.
• le dioxyde de carbone 二氧化碳 est à haute concentration dans le sang et à basse concentration dans l'air alvéolaire, donc il diffuse du sang vers l'air pour être expiré.

Au microscope, les tissus pulmonaires réels ressemblent à une fine dentelle rose. Les nombreux espaces ouverts sont les alvéoles, et les fines lignes roses entre elles sont les parois où se produit l'échange gazeux :

La respiration maintient l'air frais dans les alvéoles, et le flux sanguin continue d'emporter les gaz. Ces deux processus maintiennent des gradients de concentration raides, afin que l'échange gazeux reste rapide.

Exemple résolu. Utilisez la loi de Fick pour expliquer pourquoi les alvéoles permettent un échange gazeux aussi rapide. La loi de Fick fait que le taux de diffusion est proportionnel à

ainsi un taux rapide nécessite que les trois termes soient favorables. Surface : des millions d'alvéoles offrent une surface totale considérable, environ $70\ \text{m}^2$. Distance de diffusion : l'épithélium alvéolaire et l'endothélium capillaire ont chacun une épaisseur d'une seule cellule aplatie, donc l'oxygène traverse en moins de $1\ \mu\text{m}$. Différence de concentration : la ventilation renouvelle constamment l'air tandis que la circulation emporte constamment le sang oxygéné, de sorte qu'un gradient raide est maintenu. Reliez chaque adaptation au terme de l'équation qu'elle sert - énumérer « grande surface, parois fines, bon apport sanguin » sans les relier à la loi de Fick est une réponse moins solide.

• Reliez chaque caractéristique alvéolaire à une diffusion rapide : grande surface, parois fines (une cellule), surface humide, bon apport sanguin — une réponse « surface, distance courte, gradient raide ».
• Associez les tissus des voies aériennes à leur fonction : cartilage (maintient les voies ouvertes), cils + cellules caliciformes (piègent et balayent le mucus), muscle lisse et fibres élastiques.
• Formulez vos réponses avec les idées de la loi de Fick : taux $\propto$ surface $\times$ différence de concentration $\div$ distance.