Exemple d’une fonction en interaction directe avec l’environnement : la respiration

La respiration est un processus cellulaire qui permet la production de molécules dont le potentiel énergétique est exploitable par la cellule, l’ATP, par oxydation de matière organique. Ceci aboutit à la consommation de dioxygène et à la libération de dioxyde de carbone. Ce dioxygène provient de l’air atmosphérique.

Les échanges avec l’atmosphère grâce à un échangeur spécialisé, le poumon

La ventilation pulmonaire permet, grâce à la contraction du diaphragme et des muscles intercostaux, une entrée d’air par diminution active de la pression à l’intérieur des poumons. L’air arrive au contact d’une surface d’échange, l’épithélium pulmonaire, qui recouvre la surface des alvéoles pulmonaires. Le surfactant sécrété par les pneumocytes II permet la solubilisation du dioxygène et la traversée de l’épithélium pulmonaire (constitué de pneumocytes I) puis de l’endothélium des capillaires selon le gradient de pression partielle en dioxygène (=PO₂).

Le sang issu des artères pulmonaires est enrichi en dioxyde de carbone, ce qui permet sa sortie vers l’air présent dans les poumons selon le gradient de pression partielle en CO₂ (=PCO₂). Le relâchement des muscles de la cage thoracique permet une hausse de pression dans les poumons à l’origine de l’expiration et de l’élimination du CO2, déchet du métabolisme aérobie.

Le transport dans le sang des gaz respiratoires

Le dioxygène est transporté essentiellement (98%) fixé sur les hèmes des hémoglobines présentes dans les hématies. Il est libéré au niveau des tissus du fait de la baisse de pression partielle dans les cellules qui respirent. C’est cette consommation
d’O₂ qui est à l’origine du gradient de pression partielle du milieu extérieur jusqu’au sein de l’organisme.

Le CO₂ est transporté pour 70 % sous la forme d’ions hydrogénocarbonate HCO₃^- dans le plasma et le cytosol des hématies. La désoxyhémoglobine peut réagir avec le CO₂ sur les extrémités N-Terminal de chaque chaîne et former une carbaminohémoglobine. 7 % du CO₂ est transporté sous forme dissoute.

Une modulation des échanges gazeux

Selon les activités des cellules, il y a une modulation des échanges gazeux. Une hausse de la pression partielle en CO₂ ou une acidose déclenche une hyperventilation.

Au niveau tissulaire, la baisse de pH liée aux rejets de composés acides par les cellules à l’effort favorise le relargage de dioxygène : c’est l’effet Bohr.
L’augmentation de l’activité cellulaire augmente aussi la quantité de CO₂ dans le sang qui entraîne aussi une diminution du pH. Ce relargage de dioxygène, favorise la formation de carbaminohémoglobine et donc le transport du CO₂ : c’est l’effet Haldane. Une hausse de température localement favorise le relargage du dioxygène également.