Dictionnaire médical

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Respiration tissulaire
Pneumologie, hématologie, médecine biologique N. f. * respiration : du latin respiratio, respirare, de spirare {respirer, respiratoire, respirateur, respirable}, souffler, aspirer et rejeter l’air pour renouveler l’oxygène. La respiration est un ensemble de phénomènes mécaniques et biochimiques qui ont pour but d'apporter à toutes les cellules du corps le dioxygène (O2) indispensable pour qu'elles puissent transformer par oxydation, des substrats organiques (nutriments) en énergie. Pour bien comprendre ces mécanismes, revoir si nécessaire, la description de l'appareil respiratoire. Respirer : verbe qui traduit le fait d'utiliser le dioxygène de l'air dans son organisme. Respiratoire : adj. qui caractérise ce qui se rapporte le respiration. A. La première manifestation de la respiration est visible : c'est la ventilation pulmonaire. Elle est assurée par les muscles élévateurs des côtes (respiration thoracique) et par le diaphragme (respiration diaphragmatique). En effet, il n'y a pas de muscles dans les poumons et le fait qu'ile se gonflent et se dégonflant n'est dû qu'aux mouvements de la cage thoracique et du diaphragme. * Inspiration : C'est un mouvement actif involontaire, mais que l'on peut contrôler. Quand les muscles relèvent les côtes et abaissent le diaphragme, le volume de la cage thoracique augmente et il se crée une dépression dans les alvéoles pulmonaires, ce qui "oblige" l'air à entrer par la bouche ou les fosses nasales. * Expiration : c'est un mouvement totalement passif. Les côtes redescendent sous l'effet de la gravité et le diaphragme qui avait été étiré vers le bas revient naturellement et passivement à sa position initiale. Les poumons sont comprimés et l'air sort automatiquement. Là encore, c'est un mouvement que l'on peut contrôler, c'est-à-dire que l'on peut faire des expirations profondes et expulser plus d'air qu'habituellement. Ex. quand on mesure sa capacité respiratoire au spiromètre. B. Les échanges gazeux au niveau des poumons ou respiration externe. Le schéma "Hématose et pressions partielles" ne tient pas compte des pressions partielles de la vapeur d'eau H2O. L'hématose est la transformation du sang veineux en sang artériel au niveau des poumons, c'est-à-dire son appauvrissement en dioxyde de carbone (CO2) et son enrichissement en dioxygène (O2). Pour comprendre ces mouvements gazeux, il faut se rappeler que l'air est un mélange de plusieurs gaz et que sa pression totale, 760 mm de Hg (mercure) ou 100 kPa (Pascal) au niveau de la mer, est égale à la somme des pressions dites partielles de tous les gaz qui le composent. D'autre part, en présence d'une membrane semi-perméable (ce qui est le cas des membranes cellulaires), un gaz passe automatiquement du milieu de forte pression vers le milieu de pression plus faible. Le schéma suivant indique les pressions partielles aux endroits importants : * dans les alvéoles pulmonaires, la ppO2 ou pression partielle de dioxygène de l'air est égale à 105 mm Hg, alors qu'elle n'est que de 37 mm Hg dans le sang. Le dioxygène pénètre donc à chaque inspiration dans le sang. En même temps : ppCO2 dans le sang : 44 mm Hg et ppCO2 dans l'air : 38 mm Hg. Cette différence suffit pour faire sortir le dioxyde de carbone du sang. Il se retrouve ainsi dans l'air des alvéoles puis dans l'atmosphère grâce aux expirations. Même principe pour la vapeur d'eau (H2O) que nous expirons en même temps que le CO2 : 47 mm Hg dans le sang des capillaires pulmonaires, proche de zéro dans l'air extérieur. Ces échanges au niveau des poumons constituent ce que l'on appelle l'hématose. C. Les échanges gazeux au niveau des cellules ou respiration interne. Au niveau des cellules, il se produit exactement l'inverse : le sang perd son O2 qui passe dans la lymphe interstitielle puis entre dans la cellule, alors que le CO2 venant des cellules pénètre dans le sang. Comme pour les poumons, ces mouvements gazeux résultent des différences de pressions partielles. D. Comment ces gaz sont-ils transportés ? Les hématies ou globules rouges contiennent de l'hémoglobine (Hb), pigment respiratoire qui a la particularité de fixer le dioxygène, le dioxyde de carbone, mais aussi malheureusement le monoxyde de carbone : * Hb + 4 02 <==> Hb08 c'est l'oxyhémoglobine qui colore le sang artériel en rouge vif. La double flèche signifie que cette réaction est réversible. * Hb + CO2 <==> HbCO2 c'est la carbhémoglobine ou carbohémoglobine ou carbaminohémoglobine, rouge sombre (sang veineux). Remarques importantes : * le dioxyde de carbone étant très soluble dans l'eau, 75% sont dissous et pris en charge par le plasma sous forme de bicarbonates, alors que 25% seulement sont transportés par les hématies. * Hb + CO ==> HbCO carboxyhémoglobine rouge groseille. Avec le monoxyde de carbone CO, l'hémoglobine forme un composé stable, responsable de l'asphyxie. C'est la raison pour laquelle ceux qui ont subi cette intoxication doivent respirer du dioxygène sous forte pression, pour qu'il soit transporté par le plasma (les hématies sont rendues inutilisables par le monoxyde de carbone), voire même, dans les cas les plus graves, subir une exsanguino-transfusion. E. Comment les cellules utilisent-elles le dioxygène et pourquoi produisent-elles du dioxyde de carbone et de la vapeur d'eau ? : la respiration cellulaire ou tissulaire. A l'intérieur des cellules se trouvent de nombreux organites, dont les mitochondries, véritables centrales énergétiques. L'une d'elles est représentée sur le schéma de la cellule. En étudiant une mitochondrie de plus près, on distingue nettement les crêtes qui portent des structures particulières : les sphères pédonculées. Pour bien comprendre ce qui se passe au niveau des mitochondries, voir le schéma "Oxydoréductions le long de la chaîne respiratoire" et le commentaire suivant : 1) Avant tout, il faut savoir que dans la cellule, la source d'énergie est un nucléotide : l'ATP ou adénosine triphosphate. * adénosine : du grec adên, [adéno-, adénine, adénosine], glande ; préfixe relatif aux glandes et aux ganglions lymphatiques ; * tri : du latin et du grec tri , trois ; * phosphate : du grec phôs, phôsphoros [phosph(o)-, phosphate, phosphato-], lumière, lumineux : relatif au phosphore ou à ses sels, notamment les phosphates. Adénosine-5'-triphosphate. Nucléotide, de la famille des purines, servant à emmagasiner et à transporter de l'énergie. Il est constitué de l'adénine, du ribose et de trois groupes phosphates unis les uns aux autres par deux liaisons pyrophosphates à haut potentiel énergétique. C'est le transporteur (échangeur) d'énergie dans la cellule. L’énergie des métabolites est partiellement transférée à des molécules d’ATP qui représentent la source fondamentale d’énergie directement utilisable par les cellules. ATP artificiel : Le carburant organique universel est l’adénosine triphosphate ou ATP, molécule facile à produire en laboratoire à partir d’un mélange de gaz riche en phosphore : l’adénine (un nucléoside) se couple avec un sucre (le ribose) pour former l’adénosine et avec une molécule triphosphate 3(PO4)3-. Sa propriété la plus importante est la libération d’énergie lors de sa cassure : ATP -> ADP ou adénosine diphosphate + (PO4)3- + énergie utilisable par la cellule. Au cours de l'évolution, les premières cellules ont dû capter l’ATP (abondant dans la soupe primordiale) et il leur suffisait de casser ces molécules pour libérer l’énergie dont elles avaient besoin. A ce stade, l’ADP était rejeté comme un déchet. L’ATP est le fournisseur d’énergie de la cellule et restera le carburant universel du vivant. Japon - Un groupe de recherche de l'Institut de Technologie de Tokyo (Hamamatsu Photonics) a réussi a recréer artificiellement la synthèse d'adénosine triphosphate (ATP). L'énergie cellulaire est obtenue par la dégradation d'ATP en ADP provoque par la rotation d'un moteur moléculaire compose de protéines. Les chercheurs ont synthétise artificiellement l'ATP en attachant de petites perles magnétiques au moteur moléculaire et en les faisant tourner avec un électro-aimant.

© Georges Dolisi


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