CHAPITRE III

MÉCANISME DE LA RESPIRATION

Puisque la cbaleur animale résulte de l'action de l'oxygène sur les éléments des tissus et du sang, examinons comment l'air pénètre dans les poumons en nous attachant non point à l'étude des agents mécaniques, des muscles qui assurent la fonction de respiration, mais aux effets mômes de leurs mouvements. Et d'abord, pour apprendre comment l'air se renouvelle dans les poumons, je me suis proposé de mesurer le volume des bronches

MECANISME DE LA RESPIRATION

hÊ^M*

et de toutes leurs ramifications, ce qui est un des éléments de la question.

Mesure du volume d'air contenu dan* les poumons., — Les

recherches de MM. Regnault et Reiset établissent que le gaz hydrogène est peu absorbé par les poumons et qu'un animal doit respirer pendant plusieurs heures un mélange d'oxygène et d'hydrogène pour que celui-ci diminue d'une manière sensible. Ainsi, l'hydrogène se conduit dans la respiration comme l'azote ; de plus, il ne se trouve jamais à l'état de liberté dans l'arbre aérien , et si on l'introduit artificiellement par une inspiration, il est facile de le reconnaître et de le doser dans les produits de l'expiration.

On fait passer dans une cloche de 3 ou k litres, munie d'un robinet à trois voies larges et pleine d'eau sur la cuve (fig. 192), un demi-litre d'hydrogène pur; la personne soumise à l'expérience ferme les fosses nasales en appuyant sur les narines, introduit dans la bouche un tube de verre fixé au robinet et applique les lèvres sur l'embout E.

Dans la première position du robinet, l'inspiration et l'expiration se font dans l'air, à travers une toile métallique qui permet de reconnaître ces deux mouvements par les bruits qui les accompagnent. Juste à la fin d'une expiration, on tourne le robinet d'un quart de cercle, de manière à établir une communication entre la bouche et l'intérieur de la cloche ; l'inspiration de l'hydrogène a lieu aussitôt, plusieurs mouvements respiratoires se succèdent dans la cloche ; après la cinquième ou la sixième expiration, on [ferme le robinet. (Pendant l'expérience, ou après, il faut se garder d'approcher la bouche d'un corps allumé, car les poumons contiennent un mélange détonant.)

Un mélange homogène des gaz hydrogène, oxygène, azote et acide carbonique, se trouve dans la cloche; on l'analyse en introduisant dans l'eudiomètre à eau 100 volumes du mélange et 100 volumes d'air; on fait passer une étincelle électrique, les deux tiers du volume disparu représentent le volume d'hydrogène.

Fig. 492.

Cloche servant à mesurer le volume d'air contenu dans les poumons. — R, robinet à trois voies. — g, entonnoir garni d'une toile métallique. — E, embout.

Chez un homme fortement constitué, de l'âge de vingt-neuf ans, cette expérience faite montra que le gaz recueilli après la cinquième expiration contient ilifi d'hydrogène pour 100. On dit alors : si 14cc,6 d'hydrogène sont contenus dans 100 centimètres cubes du mélange, un seul centimètre cube d'hydrogène sera contenu dans -T-r et 500 centimètres cubes d'hydrogène qui furent l/t,6

inspirés seront renfermés dans un volume 500 fois plus grand,

ou — -— — = 3l,43. Ainsi 1 air qui remplit les poumons, après

une inspiration de un demi-litre, occupe un volume de 3l,li3; si l'expiration est aussi égale à un demi-litre, le volume de l'air qui reste dans les poumons, après ce second mouvement, est 2S93.

Homogénéité du mélange. — L'exactitude de ce procédé repose sur cette hypothèse, que l'hydrogène après cinq expirations faites dans la cloche est distribué uniformément dans les poumons et dans cette cloche ; j'ai reconnu que cela est vrai et que le mélange des gaz est parfaitement homogène. Il a suffi de répéter l'expérience précédente sur la même personne à de longs intervalles de temps ; mais dans une première mesure, le gaz de la deuxième expiration fut recueilli et analysé ; dans une seconde, le gaz de la troisième expiration, et ainsi de suite. A partir de la quatrième expiration on trouve pour le gaz contenu dans la cloche la même composition en hydrogène.

Volume absolu des poumons. — La mesure réelle du volume de l'air contenu dans les poumons ne se fait qu'à la condition que l'eau de la cuve et l'atmosphère soient à la même température que les gaz renfermés dans les poumous, c'est-à-dire à 35°,5 environ; on pourrait se placer artificiellement dans un milieu pareil en opérant dans une serre chaude dont l'air saturé d'humidité serait maintenu à la température de 35°, 5. Mais l'eau de la cuve est ordinairement plus froide et il est nécessaire de faire une correction, de ramener le volume gazeux trouvé à la température de l'eau de la cuve et saturé de vapeur d'eau dans les mêmes conditions physiques qu'il présente en réalité. Un volume égal à 2 ', 93 trouvé à 15° saturé de vapeur d'eau dont la tension maximum est f, devient à la température de 35°,5, le gaz étant encore saturé, la tension maximum étant F, la pression barométrique H et le coefficient

de dilatation des gaz, a, — ■— , en supposant

H « 760 millimètres, on obtient 2»,93 X M*$ «• 3l,27, on voit

que cette correction est importante.

MÉCANISME DE LA RESPIRATION. 259

Renouvellement de l'air dans le» poumon** — Le volume d'air pur qui pénètre dans les bronches par l'inspiration est en partie rejeté par l'expiration qui suit, avec de l'air vicié contenant moins d'oxygène et plus d'acide carbonique ; l'autre partie reste et distribue de l'oxygène dans les poumons. Pour étudier cette division essentielle de l'air pur, il faut séparer dans les produits de l'expiration l'air pur provenant de l'inspiration précédente, de l'air vicié, et c'est avec l'hydrogène que cette séparation devient facile ; ce gaz remplace l'air atmosphérique.

On introduit dans la cloche, qui a déjà servi, un demi-litre d'hydrogène ; après une expiration ordinaire, on fait inspirer le gaz et l'on reçoit un volume expiré égal. Or ce gaz expiré contient, l'analyse le montre, 3U volumes d'hydrogène sur 100 volumes, en tout 170 centimètres cubes ; ainsi 170 centimètres cubes d'hydrogène .ont été rejetés par l'expiration, mélangés à l'air vicié, et 330 centimètres cubes d'hydrogène sont restés dans les poumons.

Appliquons ces résultats à la respiration dans l'air. Lorsque l'on fait une inspiration d'un demi-litre d'air, 170 centimètres cubes sont rejetés par une expiration égale, mélangés à 330 centimètres cubes d'air vicié, et 330 centimètres cubes d'air pur sont distribués dans les poumons. Un tiers environ de l'air inspiré est rendu à l'atmosphère, deux tiers pénètrent et renouvellent par leur mélange les gaz altérés au contact de la muqueuse pulmonaire. (On a démontré que l'air se conduit exactement comme l'hydrogène.)

Distribution de l'air dans les poumons. — Occupons-nous de

cette distribution qui joue le rôle essentiel dans le mécanisme de la respiration, puisque l'air inspiré qui contient 20,8 pour 100 d'oxygène, et un demi-millième environ d'acide carbonique remplace un gaz vicié qui deviendrait rapidement impropre à l'hématose.

Nous pouvons nous demander d'abord si après une inspiration d'un demi-litre d'hydrogène, un effort d'expiration énergique capable de déplacer 2 litres de gaz chassera tout l'hydrogène inspiré.

L'expérience répond que jamais il n'est possible d'atteindre ce but; en effet, une inspiration d'un demi-litre d'hydrogène, suivie d'une expiration de ll,975, rejette 33Zi centimètres cubes d'hydrogène seulement, et 166 centimètres cubes restent encore dans les poumons.

H est certain que le mouvement d'expiration ne peut faire pénétrer à une plus grande profondeur dans IVfcre aérien le

gaz que l'inspiration précédente a introduit; c'est donc le mouvement d'inspiration qui conduit l'air de telle manière que l'expiration, quelque forte qu'elle soit, ne peut le rejeter tout entier. La comparaison de cette expérience et de la précédente, va éclairer la question de la distribution de l'air. Le volume des poumons de l'homme soumis à ces recherches est 2l,93; c'est le volume d'air qui contient 330 centimètres cubes d'hydrogène lorsqu'une inspiration d'un demi-litre d'hydrogène est suivie d'une expiration égale: Supposons que l'hydrogène soit réparti uniformément dans le volume 21,93, l'unité de volume du mé-

lange aura reçu — —■ = 0PC,U3 de ce gaz. Dans le second cas,

l'expiration a rejeté dans l'air 1*,975 de gaz et 334 centimètres cubes d'hydrogène; le volume d'air qui est resté dans les poumons est 1L,455, et ce volume contient 166 centimètres cubes d'hydrogène, l'unité de volume du mélange aura reçu

Dans cette expérience, l'expiration a dépassé l'expiration

ordinaire (un demi-litre) de ll,43; le volume d'hydrogène quia

été rejeté avec ce volume fut 330^ — 166^ = 164 centimètres

164°° cubes, l'unité de volume du mélange expiré contenait —r— =

Ces trois nombres ainsi déterminés, 0,113, 0,114, 0,111, qui sont très-voisins, nous permettent de tirer cette conclusion trèsimportante : après deux mouvements, l'un d'inspiration, l'autre d'expiration égaux à un demi-litre, l'air introduit dans les poumons se trouve distribué d'une manière uniforme ; dans les petites bronches, dans les vésicules pulmonaires, partout, la même quantité d'oxygène est arrivée; partout, chaque volume reçoit un peu plus d'un dixième d'air nouveau, d'air pur.

Ces nombres 0,113, 0,114, qui donnent le mode et la mesure de la distribution de l'air dans les poumons, nous les appelons coefficients de ventilation. Le renouvellement de l'air dans la cavité des poumons a beaucoup d'analogie avec celui que 1 on produit dans les salles dont l'air est vicié parla respiration et par la combustion de nos sources artificielles de lumière, que l'on appelle ventilation, c'est ce qui justifie notre dénomination.

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Variation* du Coefficient de ventilation.

1° Avec le volume des poumons. — Gbez un bomme, la capacité pulmonaire est 21, 34 ; après une inspiration d'un demi-litre d'hydrogène, une expiration de 475 centimètres cubes rejette 180 centimètres cubes de ce gaz ; 320 centimètres cubes sont distribués dans un volume égal

a 2 ',365; le coefficient de ventilation est t— ■ - = 0,135, nombre

2oOt)

plus grand que 0,113.

Ainsi quand le volume des poumons est plus petit, pour une inspiration égale, la quantité d'oxygène distribuée dans l'arbre aérien est plus grande.

2° Avec le volume de l'inspiration. — La cause la plus puissante des variations du nombre que nous cherchons, c'est le changement de grandeur de l'inspiration. Voici un tableau de quatre expériences qui le montrent.

VOLUME

Coeffeienli

d'bydrtgène

d'ijdrageaa