thumb|upright=2|Poumons humains :
Le est un organe intrathoracique pair de l'appareil respiratoire, permettant l'échange des gaz vitaux, notamment l'oxygène et le dioxyde de carbone. L'oxygène est nécessaire au métabolisme de l'organisme, et le dioxyde de carbone doit être évacué. Cet organe serait apparu sur des espèces marines il y a au moins 420 millions d’années. Chez l'humain, le poumon droit pèse environ tandis que le poumon gauche pèse 550 grammes environLobe pulmonaire : qu'est-ce que c'est ? sur futura-sciences.com, consulté le 7 mars 2022..
Évolution Les poumons apparaissent sur des espèces marines, les sarcoptérygiens, il y a au moins d’années, et sont présents aujourd’hui dans trois lignées distinctes : les cœlacanthes (dont les vestiges d'un poumon sont non utilisés), les dipneustes (des poissons qui utilisent ce poumon en complément de la respiration branchiale), et les tétrapodes (qui n'ont qu'une respiration pulmonaire à l'exception des lissamphibiens qui ont conservé une respiration tégumentaire).
Anatomie humaine Morphologie vignette|droite|Poumons humains, trachée et bronches.
L'être humain possède deux poumons (un gauche et un droit), situés à l'intérieur du thorax dans les cavités pleurales, et séparés l'un de l'autre par le médiastin. Au travers de la plèvre, les poumons sont en contact, en leur face inférieure, avec le diaphragme, sur leurs faces antérieures, latérales et postérieures, avec la cage thoracique. Le sommet du poumon affleure le creux sus-claviculaire, à la base du cou.
Segmentation pulmonaire Le poumon droit est divisé en trois lobes (supérieur, moyen et inférieur), le gauche divisé en deux (supérieur et inférieur). À gauche, la partie lingulaire du lobe supérieur correspond au lobe moyen droit, tandis que la partie culminale () correspond au lobe supérieur droit. Les lobes sont séparés par des scissures, deux à droite (la grande ou « oblique », et la petite ou « horizontale ») et une à gauche (l'oblique).
Chaque lobe des poumons est divisé en segments pulmonaires :
Poumon droit Poumon gauche Lobe pulmonaire supérieur Lobe pulmonaire supérieur segment le culmen segment apical segment antérieur (ventral) segment antérieur (ventral) segment postérieur (dorsal) segment postérieur (dorsal) Lobe pulmonaire moyen la lingula segment externe (latéral) segment supérieur (crânial) segment interne (médial) segment inférieur (caudal) Lobe pulmonaire inférieur Lobe pulmonaire inférieur segment apical (Fowler ou Nelson) segment apical (Fowler ou Nelson) segment péricardiaque (paracardiaque) segment péricardiaque (paracardiaque) segment antéro-basal (ventro-basal) segment antéro-basal (ventro-basal) segment latéro-basal (dorso-basal) segment latéro-basal (dorso-basal)) segment postéro-basal (termino-basal) segment postéro-basal (termino-basal)
Circulation pulmonaire vignette|Poumons d'un raton laveur gonflés manuellement pendant une dissection. Les artères pulmonaires amènent le sang depuis le ventricule droit, et se divisent jusqu'à former un réseau capillaire pulmonaire entre les parois des alvéoles bronchiques. C'est au sein de cette membrane alvéolo-capillaire que les échanges gazeux se réalisent, selon le gradient de pression des gaz.
Les 4 veines pulmonaires ramènent le sang oxygéné vers le cœur dans l'oreillette gauche, d'où il sera réinjecté dans la circulation systémique permettant l'oxygénation des organes.
Vascularisation systémique Les artères bronchiques assurent la vascularisation systémique des bronches.
Anatomie comparée Vertébrés vignette|droite|Poumons de porc.
Outre les échanges gazeux, les poumons participent à d'autres fonctions, comme la régulation du métabolisme acido-basique ainsi qu'un rôle de filtration du sang en éliminant de petits caillots.
Le poumon des vertébrés prend son origine embryologique dans une excroissance du pharynx. Il est désormais admis que cette origine est différente de celle de la vessie natatoire. L'un des arguments fort est que les poumons sont une divergence de la paroi ventrale et non dorsale du pharynxOrigine embryologique du poumon des vertébrés.
Batracien (grenouille, axolotl)
Poisson : les dipneustes et les cœlacanthes Les poissons dipneustes ont des poumons en plus de branchies. Les deux espèces africaines (Lepidosiren et Protopterus) ont deux poumons qui assurent 90% de leur apport en oxygène. L'espèce australienne (Neoceratodus) possède un seul poumon et la respiration pulmonaire n'est pas indispensable à sa survie.
Les deux espèces de cœlacanthes non éteintes (Latimeria) possèdent une poche de gaz avec des parois épaisses qui pourrait être le vestige d'un poumon ancestral.
Serpents Chez la majorité des serpents, un seul poumon subsiste, le poumon droit, le gauche étant soit atrophié soit absent. On trouve un poumon gauche fonctionnel chez les espèces primitives de boa et de python. Ce poumon est vestigial ou complètement absent chez les autres serpents. Comme la majorité des organes internes des serpents, du fait de l'addition des vertèbres supplémentaires, il est allongé.
L'unique poumon droit a acquis de nouveaux diverticules chez certaines espèces : Un poumon trachéen, une extension à l'amont du poumon droit, qui permet la ventilation lors de l'ingestion d'une proie. Une partie inférieure développée servant à régler l'équilibre hydrostatique chez les espèces aquatiques, comme la vessie natatoire chez les poissons.
Les serpents ont une trachée soutenue par des anneaux cartilagineux qui la maintiennent béante y compris lors de l'ingestion d'une proie les empêchant ainsi de s'étouffer.
Oiseaux
Le poumon des oiseaux est très différent : il est constitué de faisceaux de tubes, reliant deux sacs aériens, où l'air circule dans un seul sens, contrairement aux autres poumons où l'air fait des mouvements de va-et-vient au cours d'un cycle inspiration-expiration.
Protostomiens Il existe également des « poumons » chez des protostomiens qui ne sont pas homologues des poumons de vertébrés, puisqu'ils sont formés par invagination de l'ectoderme. On les trouve chez les Chélicérés (araignées, scorpions), chez les crabes terrestres (Gecarcinidae, Grapsidae…) et chez les Gastéropodes Pulmonés (escargots) où c'est la cavité palléale qui joue le rôle de poumon, communiquant avec l'extérieur par un petit orifice appelé pneumostome. D'une manière générale, les poumons permettent une ventilation en milieu aérien tout en évitant la déshydratation.
Embryologie
Histologie vignette|250px|droite|Schéma en coupe des cellules d'une alvéole.
C'est dans les alvéoles, petits sacs terminant les voies ventilatoires, appelés sacs pulmonaires ou vésicules pulmonaires, que se produisent les échanges gazeux. Ces alvéoles sont tapissées d'une paroi très fine (jusqu'à ; pour comparaison, le diamètre des globules rouges est de ) contenant les capillaires. La surface totale destinée aux échanges est d'environ Elaine Marieb, traduit par Jean-Pierre Artigau, France Bondreault, Annie Desbiens, Marie-Claude Désorcy, Anatomie et physiologie humaines, 1999, chapitre 23 « Le système respiratoire », pages 802-851 soit la taille d'un terrain de volley. Ceci permet aux alvéoles d'assurer leur rôle, qui est de transmettre l'oxygène au sang et d'en extraire le dioxyde de carbone.
Avant d'arriver dans les alvéoles, l'air inhalé a été réchauffé, humidifié et purifié par le mucus qui tapisse les voies ventilatoires. Il a emprunté des canaux qui se sont subdivisés (arborescence pulmonaire) entre la trachée et les alvéoles Michael R. Knowles et Richard C. Boucher, « Mucus clearance as a primary innate defense mechanism for mammalian airways » J Clin Invest. 2002;109(5):571–577. PMCID:PMC150901. Cet air est passé de la zone nasale à la grande surface développée des alvéoles, où les échanges gazeux peuvent se faire. Les organismes ont développé de puissants mécanismes de défense innée qui protègent et régénèrent en permanence les voies ventilatoires contre la plupart des bactéries, particules et virus y pénétrant. Ces mécanismes qui impliquent presque tout le mucus pulmonaire restent néanmoins sans effet, ou sont moins efficaces contre certains contaminants .
Au dernier niveau, celui des alvéoles, des pneumocytes de type 2 sécrètent le surfactant pulmonaire. Ce dernier est essentiel, car il permet de diminuer la tension superficielle en limitant la distension pulmonaire. Pour comparaison, son rôle est le même que le savon qu'on ajoute à l'eau afin de former des bulles de savon. Il prévient le collapsus des alvéoles en phase d'expiration. Son immaturité chez le nouveau-né prématuré peut être responsable de la maladie des membranes hyalines.
Ce surfactant naturel est lavé par l'eau lors des noyades, ce qui impose une surveillance intensive des noyés réanimés.
Physiologie Mécanique ventilatoire Dépend essentiellement de la contraction des muscles ventilatoires qui provoque un gradient de pression entraînant l'air à l'intérieur des poumons. L'inspiration est donc qualifiée d'active, la contraction du diaphragme, qui augmente le diamètre vertical de la cage thoracique et des muscles intercostaux externes, qui augmente le diamètre antéropostérieur, entraîne une diminution de la pression à l'intérieur des poumons et donc une entrée d'air.
L'expiration naturelle est un phénomène passif, résultant de forces de rappel élastiques lorsque les muscles se relâchent qui font revenir la cage thoracique à son volume de début d'inspiration et donc chassent l'air des poumons. On peut néanmoins réaliser une expiration forcée, qui est active. Elle fait intervenir les muscles abdominaux et les muscles intercostaux internes.
Échanges gazeux
La ventilation pulmonaire permet la transformation du sang désoxygéné qui vient du cœur en sang oxygéné, qui y retournera pour être redistribué à l'ensemble du corps. Les échanges entre les alvéoles et le sang sont en fonction des différences des pressions partielles, un gaz diffusera de la pression élevée vers la pression basse selon la loi de Fick. La pression partielle des alvéoles étant de 100 mmHg pour le dioxygène et de 40 mmHg pour le dioxyde de carbone quand respectivement elle est de 40 mmHg et de 46 mmHg dans le capillaire, l'O2 va des alvéoles jusqu'au sang et le CO2 fait le chemin inverse.
Le temps de contact entre le sang et les alvéoles est de 0,75 seconde, mais un tiers du temps seulement suffit pour atteindre les équilibres. Le système cœur-poumons est appelé petite circulation ; cette dernière a été mise en évidence la première fois par le médecin arabe Ibn al-Nafis en 1242 au Caire.
Le poumon est une porte d'entrée pour certains micro-organismes, virus, gaz et micro- ou nanoparticules toxiques. En cas d'exposition chronique ou dépassant un seuil de toxicité aiguë, ces organismes et contaminants peuvent être responsables d'intoxications ou de phénomènes inflammatoires et allergiques. Ainsi l'exposition à la pollution particulaire de l'air est source de phénomènes inflammatoires (facteur favorisant la cancérisation) Pope CA III, Hansen ML, Long RW, Nielsen KR, Eatough NL, Wilson WE, et al. 2004. Ambient particulate air pollution, heart rate variability, and blood markers of inflammation in a panel of elderly subjects. Environ Health Perspect 112:339–345.
Régulation de la ventilation La ventilation se déroule de façon inconsciente et rythmique grâce à l'activité de certains neurones du tronc cérébral. Sa régulation dépend essentiellement de la pression partielle de dioxyde de carbone dans le sang, celle-ci étant captée par deux types de chimiorécepteurs localisés en périphérie et dans le système nerveux central. Les premiers se situent dans la crosse de l'aorte et à la bifurcation des carotides, les seconds se situent sur la face ventrale du bulbe rachidien. Toute modification de la teneur en dioxyde de carbone dans le sang entraîne une réponse du rythme et de la profondeur de la ventilation.