Le poumon est l'organe respiratoire principal chez la plupart des vertébrés. Il assure le prélèvement de l'oxygène de l'air et l'élimination du dioxyde de carbone produits par le métabolisme cellulaire. Chez la majorité des vertébrés dotés de poumons, ces organes sont paires; toutefois, la forme, la structure et le mode de fonctionnement varient selon les groupes d'animaux.

Anatomie générale

La structure des poumons comprend des voies aériennes qui conduisent l'air jusqu'à des unités d'échange spécialisées. Chez les mammifères, ces composantes principales sont :

  • voies aériennes supérieures : nez, pharynx, larynx ; elles conditionnent, humidifient et réchauffent l'air inspiré ;
  • trachée et bronches : conduits cartilagineux qui se ramifient ;
  • bronchioles : petites ramifications sans cartilage ;
  • alvéoles : sacs microscopiques où s'effectuent les échanges gazeux.

Chez l'humain, les poumons sont asymétriques : le poumon droit comporte généralement trois lobes et le poumon gauche deux lobes, la cavité cardiaque occupant une partie du côté gauche.

Fonction : les échanges gazeux

La fonction centrale du poumon est de permettre les échanges gazeux entre l'air inspiré et le sang. Ce processus repose sur la diffusion :

  • l'oxygène (O2) passe des alvéoles vers les capillaires pulmonaires ;
  • le dioxyde de carbone (CO2) passe du sang vers les alvéoles ;
  • l'oxygène est majoritairement transporté dans le sang fixé à l'hémoglobine des globules rouges ;
  • le sang riche en oxygène retourne ensuite au cœur pour être distribuée aux tissus.

Mécanique de la respiration

La ventilation — mouvements d'inspiration et d'expiration — met en mouvement l'air à travers les poumons. Cette mécanique implique :

  • le diaphragme et les muscles intercostaux qui modifient le volume thoracique ;
  • la variation de pression intrathoracique qui entraîne l'entrée ou la sortie d'air ;
  • un équilibre entre forces élastiques pulmonaires et tension superficielle des alvéoles.

Alvéoles et surfactant

Les alvéoles sont des cavités très fines et très vascularisées, tapissées d'une couche d'eau nécessaire à la diffusion des gaz. Pour empêcher l'affaissement des alvéoles et réduire la tension superficielle, les cellules alvéolaires produisent un surfactant. Ce composé est particulièrement important chez le nouveau-né : un déficit en surfactant peut entraîner des difficultés respiratoires.

Circulation pulmonaire

La circulation pulmonaire est distincte de la circulation systémique :

  • le sang veineux pauvre en O2 est amené aux poumons par les artères pulmonaires ;
  • après oxygénation, le sang repart vers le cœur par les veines pulmonaires ;
  • les capillaires pulmonaires entourent étroitement les alvéoles pour optimiser les échanges.

Variations chez les vertébrés

Les poumons présentent des adaptations selon les groupes d'animaux :

  • chez les mammifères, un réseau dense d'alvéoles ;
  • chez les oiseaux, un système d'sacs aériens et de parabronches qui permet un flux d'air unidirectionnel et une efficacité élevée des échanges ;
  • chez certains reptiles (ex. : serpents), un poumon peut être réduit ou modifié en longueur ;
  • chez les amphibiens adultes, les poumons sont souvent simples et associés à des échanges cutanés importants.

Santé, défense et pathologies courantes

Les poumons participent aussi à la défense contre les agents inhalés :

  • le mucociliaire escalier élimine particules et microbes ;
  • les macrophages alvéolaires phagocytent les débris et agents infectieux.

Parmi les pathologies fréquentes figurent :

  • infections (pneumonie) ;
  • maladies obstructives (asthme, bronchopneumopathie chronique obstructive — BPCO) ;
  • maladies interstitielles (fibroses) ;
  • cancers pulmonaires.

Développement et vieillissement

Les poumons se développent au cours de la vie foetale et continuent de mûrir après la naissance, notamment par la formation des alvéoles et la production de surfactant. Avec l'âge, la compliance pulmonaire, la force des muscles respiratoires et l'efficacité des défenses peuvent diminuer, ce qui affecte la capacité respiratoire.

En résumé, le poumon est un organe essentiel au maintien de la respiration et de l'homéostasie gazeuse; sa structure et son fonctionnement reflètent des adaptations physiologiques et écologiques variées chez les vertébrés.