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22.4: Échange et transport de gaz
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Gas Exchange and Transport
 
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22.4: Gas Exchange and Transport

22.4: Échange et transport de gaz

Gas exchange, the intake of molecular oxygen (O2) from the environment and the outflow of carbon dioxide (CO2) into the environment, is necessary for cellular function. Gas exchange during respiration occurs largely via the movement of gas molecules along pressure gradients. Gas travels from areas of higher partial pressure to areas of lower partial pressure. In mammals, gas exchange occurs in the alveoli of the lungs, which are adjacent to capillaries and share a membrane with them.

When the lungs expand, the resultant decrease in pressure relative to the atmosphere draws oxygen into the lungs. Air entering the lungs from the environment has a higher oxygen concentration and a lower carbon dioxide concentration than the oxygen-depleted blood that travels from the heart to the lungs. Thus, oxygen diffuses from the alveoli to the blood in the capillaries, where it can be delivered to tissue. Carbon dioxide, by contrast, diffuses from the capillaries to the alveoli, where it can be expelled through exhalation.

Partial Pressure

Gas flow is determined by the pressure gradient of each gas, with each gas moving down its gradient. The pressure exerted by an individual gas in a mixture of gases is its partial pressure, and each gas moves from a higher to a lower partial pressure. Thus, the movement of O2 and CO2 are not directly related.

The Big Picture

Oxygen is used by the human body to convert sugar and other organic molecules into the energy compound ATP during the process of cellular respiration. A byproduct of cellular respiration is CO2, which needs to be removed from cells or it will change the pH and damage the cells. Because oxygen is necessary to provide energy for crucial cellular functions, and CO2 cannot be allowed to build up, the human body needs a constant flow of blood to and from all tissue to enable gas exchange.

Alveoli

The respiratory and circulatory systems structurally and functionally meet at the alveoli. Alveoli and capillaries are intertwined and physically touch, and because both are typically one cell thick, gas exchange occurs easily between the two. Even though the lungs are not large, the amount of O2 and CO2 that is exchanged is huge because there are so many alveoli—hundreds of millions per lung—with a surface area of around 100 m2!

L’échange de gaz, l’apport en oxygène moléculaire (O2) de l’environnement et la sortie de dioxyde de carbone (CO2)dans l’environnement, est nécessaire pour la fonction cellulaire. L’échange de gaz pendant la respiration se produit en grande partie par le mouvement des molécules de gaz le long des gradients de pression. Le gaz se déplace des zones de pression partielle plus élevée vers les zones de pression partielle inférieure. Chez les mammifères, l’échange de gaz se produit dans les alvéoles des poumons, qui sont adjacents aux capillaires et partagent une membrane avec eux.

Lorsque les poumons se dilatent, la diminution de pression qui en résulte par rapport à l’atmosphère attire l’oxygène dans les poumons. L’air entrant dans les poumons à partir de l’environnement a une concentration d’oxygène plus élevée et une concentration de dioxyde de carbone plus faible que le sang appauvri en oxygène qui se déplace du cœur vers les poumons. Ainsi, l’oxygène se diffuse des alvéoles au sang dans les capillaires, où il peut être livré aux tissus. Le dioxyde de carbone, en revanche, se diffuse des capillaires aux alvéoles, où il peut être expulsé par expiration.

Pression partielle

Le débit de gaz est déterminé par le gradient de pression de chaque gaz, chaque gaz se déplaçant vers le bas de son gradient. La pression exercée par un gaz individuel dans un mélange de gaz est sa pression partielle, et chaque gaz passe d’une pression partielle plus élevée à une pression partielle inférieure. Ainsi, le mouvement d’O2 et de CO2 n’est pas directement lié.

La grande image

L’oxygène est utilisé par le corps humain pour convertir le sucre et d’autres molécules organiques en l’ATP composé d’énergie pendant le processus de respiration cellulaire. Un sous-produit de la respiration cellulaire est CO2, qui doit être retiré des cellules ou il va changer le pH et endommager les cellules. Parce que l’oxygène est nécessaire pour fournir de l’énergie pour les fonctions cellulaires cruciales, et le CO2 ne peut pas être autorisé à s’accumuler, le corps humain a besoin d’un flux constant de sang vers et depuis tous les tissus pour permettre l’échange de gaz.

Alvéoles

Les systèmes respiratoires et circulatoires se rencontrent structurellement et fonctionnellement aux alvéoles. Les alvéoles et les capillaires sont entrelacés et physiquement touchés, et parce que les deux sont généralement une cellule épaisse, l’échange de gaz se produit facilement entre les deux. Même si les poumons ne sont pas grands, la quantité d’O2 et de CO2 qui est échangée est énorme parce qu’il y a tant d’alvéoles — des centaines de millions par poumon — avec une surface d’environ 100 m2!


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