Chapitre 8 : Les alvéoles, des centaines de millions de minuscules ballons

Des grappes de raisin au bout des branches

As-tu déjà tenu une grappe de raisin ? Il y a une tige épaisse en haut. Elle se sépare en tiges plus petites, et chaque petite tige se termine par un grain de raisin rond et dodu. Maintenant, imagine une grappe de raisin si minuscule que la grappe entière pourrait tenir sur la tête d'une épingle. Dans tes poumons, il y a des millions et des millions de grappes comme celle-là, et c'est là que se passe la partie la plus importante de la respiration.

Dans le chapitre précédent, tu as suivi l'air le long des branches de l'arbre bronchique, depuis le tronc de la trachée jusqu'aux rameaux les plus fins, les bronchioles. Tout au bout de chaque minuscule bronchiole, l'air arrive enfin à une grappe de petits sacs d'air ronds. Chaque sac s'appelle une alvéole pulmonaire. Quand il y en a beaucoup, on parle des alvéoles.

Les alvéoles sont la raison même pour laquelle tu as des poumons. Tout ce que tu as découvert jusqu'ici, du nez aux bronchioles, est une route qui mène ici. Le nez nettoie et réchauffe l'air. La trachée et les bronches l'emmènent plus profond et le gardent propre. Mais c'est seulement ici, dans les alvéoles, que l'oxygène de l'air quitte l'air et entre dans ton corps.

Chaque alvéole est toute petite, environ un cinquième de millimètre de large seulement. C'est à peu près la taille d'un grain de sable fin. Si tu en alignais cinq à la suite, la ligne ne mesurerait qu'environ un millimètre. Pourtant, même si chacune est si petite, ensemble elles forment la plus grande partie de l'intérieur de tes poumons.

Le nombre d'alvéoles est difficile à imaginer. Les deux poumons d'un adulte en contiennent environ 300 à 500 millions. Voici une façon de sentir à quel point ce nombre est grand. Imagine que tu commences à compter les alvéoles, une par seconde, sans jamais t'arrêter pour manger ou dormir. Pour en compter 300 millions, il te faudrait presque dix ans.

Un nouveau-né a beaucoup moins d'alvéoles qu'un adulte. Quand un enfant grandit, ses poumons grandissent aussi, et de nouvelles alvéoles continuent de se former pendant de nombreuses années. Alors en ce moment, pendant que tu grandis, tes poumons sont encore en train de construire de nouveaux minuscules ballons. C'est l'une des raisons pour lesquelles l'air propre compte tellement pour les enfants. Tes poumons ne sont pas encore terminés, et ils se préparent à te servir toute ta vie.

Quelle quantité d'air remplit toutes ces alvéoles à chaque respiration ? Quand un adulte est assis tranquillement, chaque respiration fait environ un demi-litre d'air, à peu près ce que contient une petite bouteille d'eau. Tes respirations tranquilles sont plus petites, parce que tes poumons sont plus petits. Quand tu prends une très grande inspiration, tu peux faire entrer plusieurs fois plus d'air que pendant une respiration tranquille. Dans les deux cas, l'air frais se répand dans les branches et jusque dans les alvéoles qui l'attendent.

Les alvéoles ne flottent pas séparément comme des bulles détachées. Elles sont serrées les unes contre les autres, comme les bulles dans un évier plein de mousse de savon. Chaque alvéole partage ses parois avec ses voisines. Il y a même de minuscules ouvertures dans certaines de ces parois partagées, alors un peu d'air peut passer d'une alvéole à celle d'à côté. Si une petite voie respiratoire se bouche, ces petites ouvertures peuvent permettre à un peu d'air d'atteindre les alvéoles situées derrière elle par un autre chemin.

Pourquoi pas un seul grand ballon ?

Tu te demandes peut-être pourquoi tes poumons ont des centaines de millions de minuscules ballons au lieu de deux grands seulement. La réponse a un rapport avec la surface. La surface d'une chose, c'est son extérieur, la partie qui peut toucher l'air autour d'elle. L'oxygène ne peut entrer dans ton sang qu'à travers une surface, alors plus tes poumons ont de surface, plus l'oxygène peut entrer.

Voici une façon de le comprendre. Pense à un gros bloc de glace rond. Si tu le mets dans un verre d'eau, il fond lentement, parce que seul son extérieur touche l'eau. Maintenant, écrase ce même bloc de glace en beaucoup de petits morceaux. La glace pilée fond bien plus vite, parce que tous ces petits morceaux ensemble ont beaucoup plus de surface extérieure qui touche l'eau. La quantité de glace est la même, mais la surface est bien plus grande.

Tes poumons utilisent le même truc. En divisant leur espace en centaines de millions de minuscules alvéoles, ils créent une surface énorme. Si tu pouvais aplatir les parois de toutes les alvéoles des poumons d'un adulte et les étaler sur le sol, elles couvriraient environ 50 à 100 mètres carrés. C'est à peu près aussi grand que le sol de toute une salle de classe. Toute cette surface est soigneusement repliée dans ta poitrine, derrière tes côtes.

Une grande surface veut dire que beaucoup d'oxygène peut entrer dans le sang en même temps. C'est particulièrement important quand tu cours, sautes ou grimpes. Tes muscles ont besoin de beaucoup plus d'oxygène quand ils travaillent dur, et l'énorme surface de tes poumons peut le leur fournir. Même quand tu ne bouges pas, chaque respiration apporte de l'air frais à des millions d'alvéoles à la fois.

Mais une grande surface n'est que la moitié du truc. De l'autre côté de cette surface, il faut du sang qui attend pour emporter l'oxygène. Tes poumons ont cela aussi. Le sang coule tout contre chacun de ces minuscules ballons, comme tu vas le voir maintenant.

Une paroi plus fine que du papier

Autour de chaque alvéole s'enroule un filet de vaisseaux sanguins très fins qu'on appelle des capillaires. Les capillaires recouvrent chaque alvéole comme un filet à provisions enroulé autour d'un ballon. Ils sont si étroits que les minuscules globules rouges à l'intérieur doivent avancer en file indienne, les uns après les autres, comme des enfants qui passent par une porte étroite. Il passe tellement de sang dans ces filets que tout le poumon prend une douce couleur rose. Le sang est étalé en une couche fine juste à côté de l'air, ce qui aide tes poumons à faire l'échange rapidement.

Entre l'air à l'intérieur de l'alvéole et le sang à l'intérieur du capillaire, il y a une paroi. Mais cette paroi est incroyablement fine. Elle est faite de la paroi très fine de l'alvéole collée tout contre la paroi très fine du capillaire. Ensemble, elles font souvent moins d'un millième de millimètre d'épaisseur. C'est plus de cent fois plus fin qu'une feuille de papier.

Pourquoi la paroi doit-elle être si fine ? L'oxygène et le dioxyde de carbone doivent la traverser, et plus la paroi est fine, plus ils peuvent passer vite. Pense à une moustiquaire à une fenêtre. L'air la traverse facilement parce qu'elle est fine et pleine de minuscules trous. Si la moustiquaire était aussi épaisse qu'un mur de briques, presque aucun air ne passerait. La paroi fine de tes poumons ressemble un peu à cette moustiquaire, mais en beaucoup, beaucoup plus fin.

Bien sûr, une paroi aussi fine est aussi délicate. Elle ne peut pas avoir une épaisse couche de mucus ou un tapis de cils, parce que cela rendrait la paroi trop épaisse et ralentirait l'échange des gaz. C'est pour cela que tous les gardiens situés plus haut dans tes voies respiratoires sont si importants. Le nez, la gorge, la trachée et les bronches attrapent la plupart de la poussière et des microbes bien avant qu'ils puissent atteindre cet endroit délicat.

Le grand échange

Voici maintenant le moment le plus important de tout le voyage. Quand tu inspires, l'air frais remplit tes alvéoles. Cet air est plein d'oxygène. Pendant ce temps, le sang qui arrive dans les capillaires revient tout juste d'un voyage dans ton corps, où il a donné une grande partie de son oxygène. Il y a donc beaucoup d'oxygène dans l'alvéole et beaucoup moins dans le sang juste à côté.

Quand il y a beaucoup de quelque chose à un endroit et seulement un peu à l'endroit d'à côté, cette chose a tendance à se répandre vers l'endroit où il y en a moins. Pense à ce qui se passe quand du pain cuit dans un four. Bientôt, l'odeur se répand de la cuisine dans toutes les pièces de la maison. Ou pense à une goutte de colorant alimentaire dans un verre d'eau. Lentement, la couleur se répand jusqu'à ce que tout le verre soit coloré. Ce phénomène s'appelle la diffusion.

L'oxygène fait la même chose dans tes poumons. Il se répand depuis l'air de l'alvéole, où il y en a beaucoup, à travers la paroi fine, jusque dans le sang, où il y en a moins. Dans le sang, l'oxygène est pris en charge par les globules rouges, qui l'emportent vers le reste de ton corps. Tu en apprendras beaucoup plus sur ces globules rouges et leur voyage dans un prochain chapitre.

Souviens-toi, grâce au chapitre 1, pourquoi ton corps a besoin de cet oxygène. Chaque cellule utilise l'oxygène pour tirer de l'énergie de la nourriture que tu manges, un peu comme un feu de camp qui a besoin d'air pour continuer à brûler. Tes cellules libèrent l'énergie de la nourriture lentement et doucement, sans aucune flamme, mais elles ont quand même besoin d'un apport régulier d'oxygène pour le faire. Maintenant, tu connais l'endroit exact où cet oxygène entre dans ton corps.

En même temps, autre chose se déplace dans l'autre sens. Pendant que ton corps travaille, chacune de ses cellules fabrique un gaz de déchet qu'on appelle le dioxyde de carbone. Le sang ramasse ce dioxyde de carbone et le rapporte aux poumons. Dans les capillaires, il y a beaucoup de dioxyde de carbone, et dans l'air frais de l'alvéole, il y en a très peu. Alors le dioxyde de carbone se répand hors du sang, à travers la paroi fine, jusque dans l'alvéole. Quand tu expires, il quitte ton corps.

Cet échange se fait incroyablement vite. Un globule rouge qui passe près d'une alvéole reste moins d'une seconde dans le capillaire, et pendant ce court moment, il prend son oxygène et lâche son dioxyde de carbone. L'oxygène entre, le dioxyde de carbone sort, encore et encore, dans des centaines de millions d'alvéoles à la fois. Cela se passe jour et nuit, que tu y penses ou non.

Au chapitre 1, tu as lu que l'air que tu rejettes contient encore pas mal d'oxygène. Maintenant, tu peux voir les chiffres. L'air frais est fait d'oxygène pour environ un cinquième, et l'air expiré garde encore un peu plus des trois quarts de cet oxygène. Tes poumons ne prennent qu'une partie de l'oxygène de chaque respiration. Mais l'air que tu expires contient beaucoup plus de dioxyde de carbone que l'air frais, environ cent fois plus. Et il contient aussi beaucoup de vapeur d'eau.

Tu peux voir cette vapeur d'eau toi-même. Par une journée fraîche, souffle doucement sur une vitre froide ou sur un miroir. Une tache de buée va apparaître sur le verre. Cette buée est faite de minuscules gouttes d'eau qui sont sorties de tes poumons avec ton souffle. L'air chaud et humide de tes alvéoles s'est refroidi en touchant le verre froid, et l'eau qu'il contenait est redevenue des gouttelettes. Chaque souffle que tu rejettes emporte un peu d'eau avec lui.

Tout en haut d'une haute montagne, l'air est plus rare. Chaque respiration là-haut contient moins d'oxygène qu'une respiration prise au bord de la mer. Les personnes qui grimpent sur de hautes montagnes remarquent qu'elles respirent plus vite et que leur cœur bat plus vite, parce que leur corps travaille pour faire entrer assez d'oxygène dans les alvéoles. Si elles restent en altitude pendant plusieurs semaines, leur corps s'adapte lentement, par exemple en fabriquant davantage de cellules qui transportent l'oxygène dans le sang.

Garder les ballons ouverts et propres

Avoir autant de minuscules ballons humides pose un problème délicat. L'intérieur de chaque alvéole est couvert d'une couche très fine de liquide. Les surfaces mouillées ont tendance à se coller l'une à l'autre. Tu as peut-être remarqué comment deux morceaux de film plastique mouillé se collent l'un à l'autre, ou comment les cheveux mouillés forment des paquets. Si rien ne les en empêchait, les parois des minuscules alvéoles pourraient se coller et s'affaisser chaque fois que tu expires.

Tes poumons résolvent ce problème grâce à un liquide spécial qu'on appelle le surfactant. Certaines des cellules des parois des alvéoles fabriquent du surfactant et l'étalent sur la surface intérieure. Le surfactant fonctionne un peu comme du savon. Il rend la couche liquide beaucoup moins collante, alors les alvéoles peuvent rester ouvertes, même quand tu expires complètement. Puis, quand tu inspires de nouveau, les alvéoles se remplissent facilement.

Pense au moment où tu gonfles un ballon de fête. Le premier souffle est souvent le plus difficile, et une fois que le ballon a commencé à s'étirer, les souffles suivants sont plus faciles. Si les alvéoles s'affaissaient complètement chaque fois que tu expires, chaque inspiration serait comme ce premier souffle difficile, encore et encore. Le surfactant empêche les alvéoles de s'affaisser, alors chaque nouvelle respiration est facile, et tu remarques à peine que tu respires.

Les bébés commencent à fabriquer du surfactant avant leur naissance. Un bébé qui naît très tôt n'en a peut-être pas encore fabriqué assez, et respirer peut alors lui demander beaucoup d'efforts. Les médecins et les infirmiers qui s'occupent des nouveau-nés savent comment aider dans ces cas-là. Quand le bébé grandit, ses poumons commencent à fabriquer tout seuls beaucoup de surfactant.

Le surfactant a aussi un autre travail, et celui-ci consiste à protéger ton corps. Certaines des protéines du surfactant peuvent s'accrocher aux microbes. Elles regroupent les microbes en paquets et les rendent plus faciles à trouver et à enlever. Alors même ici, dans la partie la plus délicate des poumons, il y a une défense. Le liquide qui garde les alvéoles ouvertes aide aussi à les garder propres.

Les parois des alvéoles peuvent aussi se réparer toutes seules. Si certaines des cellules fines qui tapissent une alvéole sont abîmées, par exemple par un microbe, d'autres cellules tout près peuvent se diviser et grandir pour les remplacer. Ainsi, la paroi est réparée, un peu comme une équipe de travaux qui rebouche une fissure sur la route. Tes poumons se réparent et se renouvellent sans cesse, en silence.

Malgré tout, les alvéoles ne peuvent pas utiliser le mucus et les cils comme le font les voies respiratoires plus grosses. Alors les quelques grains minuscules qui arrivent jusque-là ont besoin d'une autre sorte de nettoyage. Certains de ces grains sont des morceaux de poussière, de fumée ou de pollen trop petits pour être attrapés plus haut. D'autres sont des microbes. Sans un moyen de les enlever, ils pourraient s'accumuler dans les alvéoles.

Quand les microbes atteignent les alvéoles

La plupart du temps, les gardiens de ton nez, de ta gorge et de tes voies respiratoires arrêtent les microbes bien avant qu'ils atteignent les alvéoles. Et les quelques microbes qui arrivent jusque-là sont en général vite pris en charge. Mais de temps en temps, des microbes réussissent à s'installer dans les alvéoles et à commencer à se multiplier. Quand cela arrive, le corps envoie de nombreux défenseurs pour riposter.

Pendant ce combat, certaines alvéoles peuvent se remplir de liquide et des défenseurs eux-mêmes, au lieu d'air. Les médecins appellent ce genre d'infection du poumon une pneumonie. Les alvéoles remplies ne peuvent pas échanger l'oxygène et le dioxyde de carbone aussi bien que d'habitude. Une personne qui a une pneumonie peut avoir de la fièvre, une toux et une respiration rapide ou difficile, et elle peut se sentir très fatiguée.

Si un enfant a de la fièvre avec une toux, une respiration rapide ou une respiration qui semble difficile, un grand doit en parler à un médecin. Un médecin peut écouter les poumons avec un stéthoscope, un outil avec un bout rond qu'on pose sur la poitrine. Grâce au stéthoscope, le médecin peut entendre l'air entrer et sortir, et il peut en apprendre beaucoup sur l'état des poumons. La plupart des personnes qui ont une pneumonie guérissent avec les bons soins et du repos.

Il existe beaucoup de moyens de tous les jours pour aider à garder les microbes loin de tes alvéoles dès le départ. Se laver les mains, couvrir sa toux et ses éternuements et dormir suffisamment aident tous les gardiens de ton corps. Les vaccins aident aussi à entraîner ton corps à reconnaître certains des microbes qui peuvent causer des infections des poumons. Tu en apprendras plus sur le lavage des mains et les vaccins plus loin dans ce livre.

Alors, qui garde les alvéoles propres, jour après jour ? Qui avale les grains de poussière qui glissent jusqu'en bas, et qui se tient prêt à combattre les microbes qui arrivent ici ? La réponse, c'est un groupe de cellules remarquables qui vivent vraiment à l'intérieur des alvéoles. Elles rampent sur les parois intérieures, à la recherche de tout ce qui n'a rien à faire là.

Prends une respiration lente et imagine l'air qui arrive dans tes alvéoles. Des centaines de millions de minuscules ballons se remplissent ensemble. L'oxygène se glisse à travers les parois fines jusque dans ton sang, et le dioxyde de carbone se glisse dehors pour être expiré. Et dans les recoins de ces minuscules ballons, les nettoyeurs sont au travail. Dans le prochain chapitre, tu vas rencontrer ces nettoyeurs, et tu verras comment ils protègent la partie la plus profonde de tes poumons.

Mots clés

Alvéoles : les minuscules sacs d'air ronds au bout des plus petites voies respiratoires, où l'oxygène entre dans le sang et où le dioxyde de carbone en sort. Une seule s'appelle une alvéole.

Capillaires : les vaisseaux sanguins les plus fins de ton corps. Ils s'enroulent autour de chaque alvéole comme un filet, et les globules rouges les traversent en file indienne.

Oxygène : un gaz de l'air dont chaque cellule de ton corps a besoin pour utiliser l'énergie de ta nourriture.

Dioxyde de carbone : un gaz de déchet fabriqué par les cellules de ton corps. Le sang l'emporte jusqu'à tes poumons, et tu le rejettes en expirant.

Diffusion : la façon dont une chose se répand d'un endroit où il y en a beaucoup vers un endroit où il y en a moins, comme une odeur qui se répand dans une maison.

Surface : la taille totale de l'extérieur d'une chose. Tes poumons ont une surface énorme parce qu'ils sont faits de centaines de millions de minuscules alvéoles.

Surfactant : un liquide qui ressemble à du savon, fabriqué dans les alvéoles. Il empêche les minuscules sacs d'air de se coller et de se fermer, et certaines de ses protéines aident à regrouper les microbes en paquets.

Pneumonie : une infection au fond des poumons, pendant laquelle certaines alvéoles se remplissent de liquide au lieu d'air, ce qui rend la respiration plus difficile.

Stéthoscope : un outil dont les médecins se servent pour écouter les bruits de tes poumons et de ton cœur à travers ta poitrine.