APPAREIL POUR DOSER L'OXYGÈNE ET L’AZOTE DE L'AIR

potasse caustique en dissolution. On commence par faire le vide dans le ballon A et dans le tube rempli de cuivre MN. Le vide est maintenu dans l’appareil par les robinets R, R', R". On chauffe alors le tube MN, convenablement disposé dans une auge de tôle, et l’on ouvre ensuite les robinets R,R',R”, qui permettent la rentrée de l’air dans l'appareil. Ces robinets doivent être ouverts d’une très-faible quantité, de manière que l'air aspiré par le vide du ballon ne parcoure l'appareil qu'avec une grande lenteur. L'air traverse alors, bulle à bulle, le tube C, où il se dépouille de son acide carbonique, et les tubes D, E, où il abandonne sa vapeur d’eau; il arrive dans le tube MN sur le cuivre chauffé, qui lui enlève son oxygène, et l’azote seul se rend dans le ballon. La différence entre le poids du tube MN, avant et après l’expérience, représente le poids d'oxygène fixé; la différence entre le poids du ballon vide et le poids du ballon après l’expérience représente le poids de l'azote qu'il contient. Après certaines précautions et corrections relatives aux pesées, on arrive à ce résultat, qu’à 768,9 d'azote correspondent 238,1 d'oxygène, c’est-à-dire que 100 parties d’air en poids renferment 76,9 d’azote et 23,1 d'oxygène. Le rapport en volume entre l'azote et l'oxygène se calcule facilement, en tenant compte des densités. En volume, l'air contient, pour 100 parties, 20,9 d'oxygène et 79,1 d'azote.

L’air atmosphérique entoure de toutes parts les animaux et les plantes et agit incessamment sur eux. L'influence qu’il exerce sur l’économie animale peut être envisagée sous trois points de vue principaux : 1° sous celui de la pression qu’il détermine comme fluide pesant; 2° sous le rapport de l’impression qu’en reçoit l'enveloppe tégumentaire extérieure ; 3 enfin, relativement à ses effets sur le sang dans les poumons. Ces deux derniers points de vue se rattachent aux phénomènes de la respiration pulmonaire et cutanée. (Voy., pour l’autre mode d'influence, le chapitre MouvemEnT, $S 233 et 234.)

Un

Quantité d'air inspiré et expiré. — La quantité d’air qui entre dans les poumons pendant l'inspiration et celle qui sort pendant l'expiration ne se balancent pas exactement l’une l’autre. Cette quantité n’est pas absolument et rigoureusement la même, parce que le volume de gaz expiré est un peu moins considérable que le volume de gaz mspiré; nous verrons bientôt pourquoi. Pour le moment, nous pouvons faire abstraction de ces différences minimes.

A chaque expiration, le poumon ne se vide jamais complétement de l'air qu’il renferme ; après l'expiration, même la plus forcée, le poumon contient encore une quantité d’air assez considérable. À chaque inspiration, l’air qui entre dans les poumons ne fait donc qu'augmenter la proportion de celui qui y était contenu ; et à chaque expiration il reste dans le poumon une quantité d'air qui varie avec la capacité de la cage thoracique.

La quantité d’air qui entre dans le poumon à chaque inspiration et la quantité correspondante de l'air expiré ne peuvent pas être évaluées d’une manière absolue. Elles varient avec les individus, elles varient avec la capacité des poumons, elles varient avec les conditions extérieures; elles varient avec l’état de repos et l’état de mouvement, elles varient avec l'énergie ou la faiblesse des mouvements respiratoires. Ceci nous explique pourquoi les évaluations données par MM. Davy, Allen et Pepys, Dalton, Bostock et Menzies, etc., ne sont pas les mêmes. Les chiffres qu’on peut fournir en pareille matière ne peuvent donc avoir qu’une valeur approximative.

Il importe cependant de poser ces chiffres : nous aurons souvent besoin d'y recourir dans les développements qui vont suivre. Plusieurs procédés peuvent être employés pour arriver à cette évaluation. Aïnsi on peut, par exemple, expirer pendant un certain temps exclusivement par la bouche, au travers d’un tube recourbé plongeant dans un vase renversé sur une cuve à eau. La quantité d’eau déplacée représente la quantité de gaz expiré pendant un temps donné. Divisant alors ce nombre par le nombre des expirations opérées dans le même temps, on a en volume la quantité d’air rendu à chaque expiration. Il est vrai que l'attention soutenue de l’observateur, dans l’accomplissement d’une fonction qui se fait ordinairement sans le concours de la volonté, constitue, dans ce procédé, une cause d’erreur ; mais, avec de l’habitude, on peut se prémunir contre elle et se rapprocher d’une manière assez satisfaisante de la respiration normale. Un autre procédé, signalé par M. Valentin, est basé sur ce fait, que l'air qui sort du poumon, à une température donnée (comme nous le verrons), est saturé pour cette température. Or, en évaluant Ja quantité d’air qui correspondrait à la quantité de vapeur d’eau recueillie pendant un certain nombre d’expirations, on peut ainsi calculer la quantité d’air afférente à chaque expiration en particulier.

En combinant ces deux méthodes, qui fournissent, d’ailleurs, des résultats assez concordants, M. Valentin fixe en moyenne à 500 centimètres cubes d'air, c’est-à-dire, en d’autres termes, à 1/2 litre, la quantité d’air qui entre et sort des poumons à chaque mouvement respiratoire. M. Bérard, qui a fondu ensemble, dans une moyenne commune, les nombres fournis par MM. Goodwin, Bostock et Menzies, Davy, Herbst, est arrivé à un résultat à peu près analogue (à 27 pouces cubes, c’est-à-dire à peu près 1/2 litre 1). M. Vierordt donne aussi, comme résultat d’un très-grand nombre d'observations, une moyenne sensiblement la même (507 centimètres cubes).

500 centimètres cubes, ou 1/2 litre, telle est donc en moyenne la quantité d’air mis en circulation dans le poumon, pendant chaque mouvement respiratoire normal.

Dans les mouvements exagérés de la respiration, cette quantité peut être portée bien plus loin. Ces mouvements exagérés ne constituent, il est vrai, que des phénomènes passagers et exceptionnels ; mais ces évaluations ne sont pas absolument sans importance. Les procédés de mensuration sont au reste, ici, d’une grande simplicité; il suflit, en effet, de faire une inspiration maximum et une expiration maximum dans un réservoir convenablement disposé ; on constate ainsi qu’une inspiration et une expiration forcées peuvent faire entrer dans les poumons et sortir de cet organe de 3 à 4 litres d’air (de 3000 à 4000 centimètres cubes).

M. Hutchinson a construit un appareil spécial pour ce genre d’expériences. Il donne à cet appareil le nom de spiromètre. Depuis, un grand nombre d'appareils de ce genre ont été proposés par MM. Vogel, Wintrich, Guillet, Bonnet, etc. Tous ces instruments ne sont, en réalité, que des réservoirs renversés sur l’eau, dans lesquels la pression est maintenue la même pendant toute la durée de l’expérience. Pour se servir de ces appareils, on fait faire à un individu une inspiration forcée et l’on fait expirer l'air (jusqu'aux dernières limites de l'expiration) dans un tube qui communique avec l'appareil. En opérant avec l’un ou avec l’autre de ces appareils, on constate que le volume d'air, qu’une inspiration maximum et qu’une expiration maximum peuvent mettre en circulation dans les poumons, est variable suivant les individus. C’est à ce volume variable que M. Hutchinson donne le nom de capacité vitale des poumons. M. Hutchinson à cherché à établir qu'il y a entre la capacité des poumons, la taille et Le poids des individus (surtout la longueur des membres inférieurs) un rapport sensiblement constant; d’où il conclut que, connaissant les derniers facteurs du problème, on en peut induire le premier. M. Arnold, et plus récemment M. Bonnet (qui propose de remplacer l’expression de spirométrie par celle de pneumatométrie) sont arrivés à des ré-

1 Si nous joignons à ces chiffres ceux fournis par MM. Allen et Pepys (327 centimètres cubes), et par Dalton (595 centimètres cubes), la moyenne générale reste à peu pres la même, c'est-à-dire 4/2 litre.

sultats analogues à ceux de M. Hutchinson, c’est-à-dire qu'ils ont constaté que la capacité vitale des poumons varie principalement avec la taille des individus. Voici les moyennes des résultats de M. Arnold, lesquels reposent sur un nombre considérable de faits.

HAUTEUR DU CORPS CAPACITÉ VITALE DES POUMONS EN CENTIMÈTRES, EN CENTIMÈTRES CUBES,

c. Lo De 154,5 à 457 57 159,5

Les chiffres produits par M. Bonnet sont tout à fait concordants. Ainsi, il trouve, pour les petites tailles, de 2 litres 1/2 à 3 litres (de 2500 à 3000 centimètres cubes), pour les tailles moyennes 3 litres 1/2 (3500 cenlimètres cubes), pour les grandes tailles 4 litres (4000 centimètres cubes). M. Bonnet vérifie ainsi cette remarque de M. Arnold, savoir : qu'à partir de trente-cinq ans, la capacité vitale des poumons va sans cesse en diminuant d’une faible quantité.

La grandeur de la circonférence du thorax influe également sur les résultats et aussi, ainsi qu’on pouvait le prévoir, les professions, le sexe, et surtout le genre de vie, c’est-à-dire les habitudes corporelles.

Le fait annoncé par M. Hutchinson, et étudié depuis quelques années avec beaucoup de persévérance, a pris une certaine importance en pathologie : on conçoit, en effet, que la diminution dans le volume d’air que l'individu peut mettre en circulation dans ses poumons, par exemple, puisse indiquer que les phénomènes de la respiration ne s’accomplissent pas comme ils doivent s’accomplir dans l’état normal, appeler l'attention du médecin ou sur l’état des poumons ou sur l’état de la cage thoracique et servir de mesure à l’état pathologique.

Il ne faut ni s’exagérer la portée des services que la spirométrie peut rendre en pathologie, ni repousser systématiquement ce nouveau mode d'investigations, comme quelques-uns le font. Les recherches de M. Buys- Ballot, celles de M. Fabius, celles de M. Donders prouvent, il est vrai, que la capacité vitale des poumons est subordonnée à des conditions Imdividuelles si nombreuses, qu'il n’est guère possible d'arriver aujourd’hui, à cet égard, à des déterminations rigoureuses. Mais il n’en est pas moins certain que toutes les affections du ponmon diminuent la capacité vitale des poumons.

Changements chimiques dans la constitution de l'air expiré.— L'air que nous expirons est moins riche en oxygène que l'air que nous avons inspiré. Il perd donc de l’oxygène pendant son passage dans les poumons. D'un autre côté, il contient une quantité d’acide carbonique beaucoup plus considérable. Quant aux proportions d’azote, tantôt elles sont à peu près les mêmes dans l’air expiré et dans l’air inspiré, tantôt les proportions de ce gaz sont légèrement augmentées dans l'air expiré.

De la quantité d'oxygène dans l'air expiré.—L'air expiré contenant moins d'oxygène que l’air inspiré, la quantité en moins représente la proportion d'oxygène enlevée à l’air atmosphérique et passée dans le sang, au travers des membranes du poumon.

Des recherches assez exactes ont été faites sur ce point par M. Davy et aussi par MM. Allen et Pepys. Ces derniers recueillaient les produits de l'expiration dans un gazomètre et en faisaient ensuite l'analyse. Les expériences plus récentes de MM. Brunner et Valentin offrent, à cet égard, des garanties plus sérieuses d’exactitude.

L'appareil employé par MM. Brunner et Valentin, pour mesurer chez l’homme la quantité d'oxygène contenue dans l’air expiré, est représenté fig. 52. Il consiste dans un vase à trois tubulures À, d’une contenance de

Fig. 52.

{ litre environ. Sur la tubulure du milieu est fixé un entonnoir à robinet D, rempli de mercure. Sur l’une des deux autres tubulures est fixé un tube recourbé et à renflements C, terminé à son extrémité par un embout B, destiné à s'appliquer hermétiquement sur la bouche. Ce tube recourbé contient, dans sa partie déclive, en C, de l’amiante imbibée d’acide sulfurique. La troisième tubulure donne passage à un tube recourbé, qui plonge librement dans un verre E rempli d'acide sulfurique. L'expé-

rimentateur applique hermétiquement l’embout B sur sa bouche, inspire par le nez et expire par la bouche. L'air contenu dans le flacon A est déplacé par l'air expiré, et sort en E, annonçant sa sortie par des bulles qui éclatent à la surface de l’acide sulfurique. Au bout d’un quart d'heure, on peut être certain que tout l’air atmosphérique a été chassé par déplacement, et que le mélange gazeux contenu dans le flacon A représente exactement les gaz de l'expiration ‘. On laisse alors refroidir l'appareil. Le contenu gazeux du flacon A ne renferme point de vapeur d’eau, car l'air expiré s’en est dépouillé pendant l'expérience, en traversant le tube C:il renferme done l'oxygène, l'azote et l'acide carbonique expirés. Reste à doser la quantité d'oxygène contenue dans le mélange gazeux du flacon. À cet effet, on adapte à la tubulure moyenne du flacon À un tube à renflements GH. Le tube G contient des fragments de chlorure de calcium ou de la pierre ponce imbibée d’acide sulfurique ; il est destiné à arrêter les traces d'humidité qui auraient pu échapper au tube C. Le tube H contient des fragments de phosphore. A la suite de H est un tube à ampoules rempli de coton. On chauffe alors le tube à phosphore, et on ouvre légèrement l’entonnoir à mercure qui surmonte l'appareil. Le mercure qui tombe dans le flacon A déplace le mélange gazeux et le force à passer par le tube à phosphore, où il se dépouille de son oxygène. L’oxygène se fixe sur le phosphore, et forme de l’acide phosphorique, de l’acide phosphoreux et de l’oxyde de phosphore. Ces produits se subliment sur les parois du tube H, ou sont arrêtés par le tube à coton qui lui fait suite.

Le volume du mélange gazeux qui a traversé le tube à phosphore est indiqué par le volume du mercure qui l’a déplacé dans le flacon A. En comparant la quantité dont le tube à phosphore et les tubes à coton ont augmenté de poids, au volume du mélange gazeux qui a traversé le tube à phosphore, on obtient le poids d'oxygène contenu dans un volume déterminé du mélange gazeux. Le poids d'oxygène obtenu est réduit en volume par un simple calcul.

En opérant ainsi, MM. Brunner et Valentin ont trouvé (moyenne de 34 expériences) que l’air expiré ne contient plus que 16,03 pour 100 en volume d'oxygène. Or, l’air atmosphérique en contient 20,9 pour 100; il a donc disparu, par absorption, 4,87 d'oxygène pendant la respiration.

Cette quantité n’est point uniforme dans les divers animaux à sang chaud. Les expériences de MM. Regnault et Reiset ont démontré que, dans un temps donné, les animaux plus petits que l’homme, tels que le chien, le lapin, les oiseaux, consomment , eu égard à leur poids, par la respiration, une quantité d'oxygène plus considérable que l’homme. La quantité d’acide carbonique exhalé dans le même temps est également plus considérable. Le degré d’altération de l’air qui passe à chaque respiration par les poumons diffère donc chez eux de ce qu'il est chez

1 Au bout de ce temps, en effet, il a passé environ 135 litres de gaz dans l'appareil (1/2 litre par expiration, et 18 expiralions par minute).

l’homme. Cette énergie, plus grande dans la respiration, est liée à des conditions de température animale, sur lesquelles nous reviendrons plus loin. Elle tient sans doute aussi à l’étendue de la surface développée du poumon, comparée avec le poids du corps de l'animal. Ce qui est certain, c’est que la capacité du poumon est proportionnellement moindre chez l’homme que chez la plupart des quadrupèdes de petite taille.

Du reste, la quantité d'oxygène absorbé pendant une respiration est sujette à des modifications nombreuses ; elle est subordonnée, comme on le conçoit, à la durée du mouvement respiratoire. Il est loisible à l’homme de la faire varier à volonté ; il lui suflit pour cela de modifier ses mouvements respiratoires. En ralentissant beaucoup la respiration, c’est-à-dire en conservant l'air plus longtemps dans les poumons, la proportion de l'oxygène absorbé augmente. Elle était de 4,87 pour 100; elle peut s’élever alors à 7 et même à 7,5. (Valentin.)

De la quantité d’acide carbonique dans l'air expiré. — L'appareil employé par MM. Brunner et Valentin pour mesurer la quantité d’acide carbonique contenu dans l’air expiré par} l’homme est le même que celui de la figure 52 (Voy. p. 293), avec cette exception, que l’on adapte à la suite du tube à phosphore, lorsque l’appareil est rempli par les gaz de l'expiration, un tube à renflement K (Voy. fig. 52)renfermant des fragments de pierre ponce imbibés d’une dissolution saturée de potasse caustique.

Lorsque le vase A est rempli par les produits gazeux de l’expiration, on ouvre l’entonnoir à mercure qui surmonte ce vase, et on détermine ainsi le passage des gaz au travers des tubes à analyse. Les produits gazeux s’échappent non-seulement au travers du tube à phosphore, mais encore au travers des tubes renfermant de la potasse caustique. Ces derniers tubes fixent l'acide carbonique, et des pesées comparatives, avant et après l'expérience, indiquent ses proportions.

Il résulte de 103 observations faites par MM. Brunner et Valentin, que la quantité d'acide carbonique contenue dans l’air expiré est de 4,267 (minimum 2,361, maximum 5,495) pour 100 en volume (l'air inspiré n’en contenait que 0,0004 ou 0,0006 de son volume). M. Vierordt, qui a tenté à cet égard près de 600 expériences, est arrivé, à peu de chose près, aux mêmes résultats. L'air expiré contient, suivant lui, en moyenne 4,336 (minimum 3,358, maximum 6,220) pour 100 en volume d'acide carbonique.

Le rhythme de la respiration a, sur la proportion d’acide carbonique contenue dans les produits de l’expiration, une influence marquée. Lorsque la respiration est très-accélérée, la proportion d’acide carbonique diminue notablement dans l’air expiré. Il semble que son exhalation n'ait pas le temps de se produire. Une respiration lente favorise, au contraire, la sortie de l'acide carbonique; précédemment nous avons vu que cette lenteur favorisait en même temps l'absorption de l'oxygène. M. Vierordt fait 60 mouvements respiratoires par minute : il n’y a que 2,4 pour 100 d'’acide carbonique dans l'air expiré; il fait seulement 11 mouvements res-

piratoires dans le même temps : l’air expiré contient 4,34 pour 100 d’acide carbonique ; il conserve l’air dans les poumons pendant 20 secondes (3 mouvements respiratoires par minute); cet air en contient 6,5 pour 100 à l'expiration. La proportion d'acide carbonique contenue dans de l’air conservé dans les poumons pendant 60 secondes s’élève à 7,44 pour 100. M. Horn a fait sur lui-même les mêmes expériences.

La même condition qui fait varier la quantité d'acide carbonique exhalé par les poumons en un temps donné est accompagnée de variations correspondantes dans la quantité d'oxygène absorbé.

Absorption d'oxygène , exhalation d’acide carbonique constituent, au point de vue chimique de la respiration, deux termes liés l’un à l’autre. Ils augmentent ou diminuent ensemble , de manière que leur rapport reste toujours à peu près le même. Ceci est vrai non-seulement dans les conditions exceptionnelles dans lesquelles se sont placés les observateurs qui ont expérimenté sur l’homme ou sur eux-mêmes, mais encore le même résultat s’est produit dans les diverses recherches tentées sur la respiration des animaux. Cette constance dans le rapport entre la quantité d’oxygène absorbé et la quantité d’acide carbonique exhalé tient en effet, nous le verrons, à l’essence même des phénomènes de la respiration.

Dans leurs recherches chimiques sur la respiration des animaux, MM. Regnault et Reiset n’ont pas procédé comme MM. Brunner et Valentin. Les animaux sont introduits dans un volume d’air limité, dans lequel ils séjournent plusieurs jours. La composition de l’air est d’ailleurs sans cesse ramenée à l’état naturel par le jeu des appareils. L’oxygène consommé par les animaux est restitué à l’air à mesure qu'ils le consomment. L’acide carbonique produit est enlevé à mesure qu'ils le dégagent. Quant à l’azote, comme sa quantité varie peu, on ne l’apprécie qu’à la fin de l’expérience. Dans ce mode d’expérimentation, l'animal se trouvant placé dans un espace limité, clos de manière que rien ne s’en échappe, il s’ensuit qu’on peut modifier à volonté les conditions de l’expérience : on peut varier, par exemple, les proportions du mélange gazeux offert à la respiration. Nous reviendrons à diverses reprises sur les résultats obtenus par MM. Regnault et Reiset; nous placerons seulement ici sous les yeux du lecteur l’appareil qui a servi à leurs expériences.

L'appareil employé par MM. Regnault et Reiset est représenté fig. 53. Il se compose de trois parties essentielles : 1° de l’espace dans lequel est renfermé l’animal; 2° d’un condenseur de l’acide carbonique formé dans la respiration; 3° d’un appareil qui remplace constamment l’oxygène absorbé par l’animal.

1° L'espace qui contient l’animal consiste en une cloche de verre A, de 55 litres de capacité environ. La cloche A présente à sa partie inférieure une ouverture destinée au passage de l’animal et fermée par un couvercle hermétiquement assujetti à l’aide d’un système de boulons. La cloche A est, en outre, enveloppée d’un manchon en verre BB’. Ce man-

chon est rempli d’eau à une température déterminée, de manière que l’air de la cloche A est maintenu à une température sensiblement constante pendant l'expérience. La partie supérieure de la cloche A présente une tubulure qui donne passage à plusieurs tubes, Par le tube e la cloche

DS Se

Pig, 53.