Alvéoles pulmonaires: caractéristiques, fonctions, anatomie

Les alvéoles pulmonaires sont de petits sacs situés dans les poumons des mammifères, entourés d'un réseau de capillaires sanguins. Au microscope, dans un alvéole, on peut distinguer la lumière de l'alvéole et de sa paroi, constituée de cellules épithéliales.

Ils contiennent également des fibres de tissu conjonctif qui leur confèrent leur élasticité caractéristique. Dans l'épithélium alvéolaire, on distingue les cellules planes de type I et les cellules cubiques de type II. Sa fonction principale consiste à assurer la médiation des échanges gazeux entre l'air et le sang.

Lorsque le processus de respiration se produit, l'air entre dans le corps par la trachée, où il se dirige vers une série de tunnels à l'intérieur du poumon. À la fin de ce réseau complexe de tubes se trouvent les sacs alvéolaires, où l'air entre et est absorbé par les vaisseaux sanguins.

Déjà dans le sang, l'oxygène de l'air est séparé du reste des composants, tels que le dioxyde de carbone. Ce dernier composé est éliminé du corps par le processus d’expiration.

Caractéristiques générales

À l'intérieur des poumons se trouve un tissu à texture spongieuse formé par un nombre assez élevé d'alvéoles pulmonaires: de 400 à 700 millions dans les deux poumons d'un être humain adulte en bonne santé. Les alvéoles sont des structures en forme de sacs recouvertes intérieurement d'une substance collante.

Chez les mammifères, chaque poumon contient des millions d'alvéoles, intimement associées au réseau vasculaire. Chez l'homme, la superficie des poumons est comprise entre 50 et 90 m2 et contient 1000 km de capillaires sanguins.

Ce nombre élevé est essentiel pour assurer l'apport en oxygène requis et ainsi être en mesure de faire face au métabolisme élevé des mammifères, principalement en raison de l'endothermie du groupe.

Système respiratoire chez les mammifères

L'air entre par le nez, notamment par les "Nostrilos"; Cela passe à la cavité nasale et de là aux narines internes reliées au pharynx. Ici convergent de deux manières: respiratoire et digestif.

La glotte s'ouvre sur le larynx puis sur la trachée. Celle-ci est divisée en deux bronches, une dans chaque poumon; à leur tour, les bronches sont divisées en bronchioles, qui sont des tubes plus petits et conduisent aux canaux alvéolaires et aux alvéoles.

Fonctions

La fonction principale des alvéoles est de permettre l’échange de gaz, vital pour les processus respiratoires, en permettant l’entrée de l’oxygène dans la circulation sanguine et son transport dans les tissus corporels.

De la même manière, les alvéoles pulmonaires participent à l'élimination du dioxyde de carbone du sang lors des processus d'inhalation et d'expiration.

Anatomie

Les alvéoles et les conduits alvéolaires sont constitués d'un endothélium monocouche très mince qui facilite l'échange de gaz entre l'air et les capillaires sanguins. Ils ont un diamètre approximatif de 0, 05 et 0, 25 mm, entourés de boucles capillaires. Ils sont arrondis ou polyédriques.

Entre chaque alvéole consécutif se trouve le septum interalvéolaire, qui constitue la paroi commune entre les deux. La bordure de ces septa forme les anneaux basaux, formés par les cellules musculaires lisses et recouverts par l'épithélium cubique simple.

À l'extérieur de l'alvéole se trouvent les capillaires sanguins qui, avec la membrane alvéolaire, forment la membrane alvéolaire-capillaire, la région où l'échange gazeux a lieu entre l'air qui pénètre dans les poumons et le sang dans les capillaires.

En raison de son organisation particulière, les alvéoles pulmonaires rappellent un nid d'abeille. Ils sont constitués à l'extérieur par une paroi de cellules épithéliales appelées pneumocytes.

Les cellules qui accompagnent la membrane alvéolaire sont responsables de la défense et du nettoyage des alvéoles, appelées macrophages alvéolaires.

Types de cellules dans les alvéoles

La structure des alvéoles a été largement décrite dans la littérature et comprend les types de cellules suivants: type I médiant l’échange de gaz, fonctions sécrétoires et immunitaires de type II, cellules endothéliales, macrophages alvéolaires impliqués dans la défense et fibroblastes interstitiels.

Cellules de type I

Les cellules de type I se caractérisent par leur incroyablement fine et plate, sans doute pour faciliter l'échange de gaz. Ils se trouvent sur environ 96% de la surface des alvéoles.

Ces cellules expriment un nombre important de protéines, notamment les protéines T1-α, l'aquaporine 5, les canaux ioniques, les récepteurs de l'adénosine et les gènes de résistance à plusieurs médicaments.

La difficulté d'isoler et de cultiver ces cellules a empêché leur étude en profondeur. Cependant, une fonction possible de l'homostèse dans les poumons est proposée, telle que le transport des ions, de l'eau et la participation au contrôle de la prolifération cellulaire.

Le moyen de surmonter ces difficultés techniques consiste à étudier les cellules à l'aide de méthodes moléculaires alternatives, appelées puces à ADN. En utilisant cette méthodologie, il a été possible de conclure que les cellules de type I sont également impliquées dans la protection contre les dommages oxydatifs.

Cellules de type II

Les cellules de type II ont une forme cuboïde et sont généralement situées aux coins des alvéoles chez les mammifères, avec seulement 4% de la surface alvéolaire restante.

Ses fonctions incluent la production et la sécrétion de biomolécules, telles que les protéines et les lipides, qui constituent des surfactants pulmonaires.

Les surfactants pulmonaires sont des substances composées principalement de lipides et d'une petite portion de protéines, qui aident à réduire la tension superficielle dans les alvéoles. La plus importante est la dipalmitoylphosphatidylcholine (DPPC).

Les cellules de type II sont impliquées dans la défense immunitaire des alvéoles, sécrétant plusieurs types de substances telles que les cytokines, dont le rôle est le recrutement de cellules inflammatoires dans les poumons.

De plus, plusieurs modèles animaux ont montré que les cellules de type II sont responsables de la conservation de l'espace alvéolaire sans fluide et sont également impliquées dans le transport du sodium.

Fibroblastes interstitiels

Ces cellules ont la forme d'un fuseau et se caractérisent par de longues extensions d'actine. Sa fonction est la sécrétion de la matrice cellulaire dans l'alvéole pour maintenir sa structure.

De la même manière, les cellules peuvent gérer le flux sanguin, en le réduisant le cas échéant.

Macrophages alvéolaires

Les alvéoles hébergent des cellules aux propriétés phagocytaires dérivées de monocytes sanguins appelés macrophages alvéolaires.

Celles-ci sont responsables de l'élimination par le processus de phagocytose des particules étrangères qui sont entrées dans les alvéoles, telles que la poussière ou des micro-organismes infectieux tels que Mycobacterium tuberculosis . En outre, phagocytent les cellules sanguines qui pourraient pénétrer dans les alvéoles si l’insuffisance cardiaque est insuffisante.

Ils se caractérisent par une couleur brune et une série de prologues variés. Les lysosomes sont assez abondants dans le cytoplasme de ces macrophages.

La quantité de macrophages peut augmenter si le corps a une maladie liée au cœur, si l'individu consomme des amphétamines ou des cigarettes.

Kohn pores

Ce sont une série de pores situés dans les alvéoles situées dans les septa interalvéolaires, qui relient une alvéole à une autre et permettent la circulation de l'air entre elles.

Comment se passe l'échange de gaz?

L'échange de gaz entre l'oxygène (O ₂ ) et le dioxyde de carbone (CO ₂ ) est l'objectif principal des poumons.

Ce phénomène se produit dans les alvéoles pulmonaires, où sang et gaz se trouvent à une distance minimale d'environ un micron. Ce processus nécessite deux conduits ou canaux pompés de manière appropriée.

L'un d'entre eux est le système vasculaire du poumon, entraîné par la région droite du cœur, qui envoie du sang veineux mélangé (constitué de sang veineux provenant du cœur et d'autres tissus par le retour veineux) dans la région où il se produit en échange.

Le deuxième canal est l’arbre trachéo-bronchique, dont la ventilation est entraînée par les muscles impliqués dans la respiration.

En général, le transport de tout gaz dépend principalement de deux mécanismes: la convection et la diffusion; le premier est réversible, tandis que le second ne l'est pas.

Échange de gaz: pressions partielles

Lorsque l'air pénètre dans le système respiratoire, sa composition change et devient saturée de vapeur d'eau. Lorsque vous atteignez les alvéoles, l’air se mélange à l’air restant des restes du cercle de respiration précédent.

Grâce à cette combinaison, la pression partielle d'oxygène diminue et celle de dioxyde de carbone augmente. Comme la pression partielle d'oxygène est supérieure dans les alvéoles que dans le sang pénétrant dans les capillaires pulmonaires, l'oxygène pénètre dans les capillaires par diffusion.

De même, la pression partielle du dioxyde de carbone est plus importante dans les capillaires des poumons que dans les alvéoles. Par conséquent, le dioxyde de carbone passe dans les alvéoles par un simple processus de diffusion.

Transport des gaz tissulaires dans le sang

L'oxygène et des quantités importantes de dioxyde de carbone sont transportés par les "pigments respiratoires", parmi lesquels l'hémoglobine, qui est le plus populaire parmi les groupes de vertébrés.

Le sang responsable du transport de l'oxygène des tissus vers les poumons doit également transporter le dioxyde de carbone des poumons.

Cependant, le dioxyde de carbone peut être transporté par d'autres moyens, peut être transmis par le sang et se dissoudre dans le plasma; En outre, il peut se propager aux érythrocytes du sang.

Dans les érythrocytes, la majeure partie du dioxyde de carbone passe à l'acide carbonique grâce à l'enzyme anhydrase carbonique. La réaction se produit comme suit:

CO ₂ + H ₂ O ↔ H ₂ CO ₃ H + + HCO ₃ -

Les ions hydrogène de la réaction se combinent avec l'hémoglobine pour former une désoxyhémoglobine. Cette union empêche une diminution abrupte du pH dans le sang; Dans le même temps, une libération d'oxygène se produit.

Les ions bicarbonate (HCO ₃ -) quittent les érythrocytes par échange de ions chlore. Contrairement au dioxyde de carbone, les ions bicarbonates peuvent rester dans le plasma en raison de leur solubilité élevée. La présence de dioxyde de carbone dans le sang provoquerait une apparence similaire à celle d'une boisson gazeuse.

Transport des gaz du sang vers les alvéoles

Comme indiqué par les flèches dans les deux sens, les réactions décrites ci-dessus sont réversibles; c'est-à-dire que le produit peut être reconverti en réactifs initiaux.

Dès que le sang atteint les poumons, le bicarbonate entre à nouveau dans les érythrocytes du sang. Comme dans le cas précédent, pour que l'ion bicarbonate pénètre, un ion chlore doit s'échapper de la cellule.

A ce moment, la réaction se produit dans le sens opposé avec la catalyse de l'enzyme anhydrase carbonique: le bicarbonate réagit avec l'ion hydrogène et est reconverti en dioxyde de carbone qui diffuse vers le plasma et de là vers les alvéoles.

Inconvénients de l'échange gazeux dans les poumons

L'échange de gaz ne se produit que dans les alvéoles et les canaux alvéolaires, situés à l'extrémité des branches des tubes.

Par conséquent, nous pouvons parler d'un "espace mort", où le passage de l'air se fait dans les poumons mais où aucun échange de gaz n'est effectué.

Si nous le comparons à d'autres groupes d'animaux, tels que les poissons, ils disposent d'un système d'échange de gaz à sens unique très efficace. De même, les oiseaux ont un système de sacs aériens et de parabronchi où l'échange d'air a lieu, ce qui augmente l'efficacité du processus.

La ventilation humaine est tellement inefficace que dans une nouvelle inspiration, seul un sixième de l'air peut être remplacé, laissant le reste de l'air emprisonné dans les poumons.

Pathologies associées aux alvéoles

Efesus pulmonaire

Cette condition comprend les dommages et l'inflammation des alvéoles; par conséquent, le corps n'est pas en mesure de recevoir de l'oxygène, provoque la toux et rend difficile la récupération de la respiration, en particulier lors de la réalisation d'activités physiques. L'une des causes les plus courantes de cette pathologie est le tabagisme.

Pneumonie

La pneumonie est causée par une infection bactérienne ou virale dans les voies respiratoires et provoque un processus inflammatoire avec la présence de pus ou de fluides à l'intérieur des alvéoles, empêchant ainsi la consommation d'oxygène, causant de graves difficultés respiratoires.