L'Effet Bohr décrit un phénomène physique impliquant l'oxygène, le dioxyde de carbone et l'hémoglobine. Comprendre son existence est essentiel pour aborder certains aspects apparemment contre-intuitifs concernant la respiration. En particulier, cela met en lumière l'importance des apnées poumons vides, des expirations prolongées et des pauses respiratoires.
A l'origine
L'Effet Bohr trouve ses origines dans les travaux de Christian Bohr (1855-1911), un éminent médecin danois dont les liens familiaux comprennent les lauréats du Nobel de physique, Niels Bohr (fils) et Aage Bohr (petit-fils). Doté d'un doctorat en physiologie, Christian Bohr s'est consacré à l'étude de la respiration tout au long de sa carrière. En 1891, il a été le premier à décrire le concept du volume mort pulmonaire, qui représente le volume d'air dans les poumons où aucun échange de gaz ne se produit. Ce volume, bien que non utilisé pour la respiration, maintient la dilatation des alvéoles pulmonaires.
En 1903, Christian Bohr a décrit une interaction complexe impliquant l'oxygène, l'hémoglobine, l'hydrogène et le dioxyde de carbone. Il a observé que lorsque la concentration locale de CO2 et d'hydrogène augmentait, l'oxygène lié à l'hémoglobine avait tendance à se dissocier progressivement pour être libéré dans les cellules. Ce phénomène a été nommé par la suite l'Effet Bohr, en l'honneur de ses découvertes pionnières dans ce domaine.
Le mécanisme chimique de l'Effet Bohr
L'Effet Bohr se manifeste par une diminution de l'affinité de l'hémoglobine pour l'oxygène en présence de dioxyde de carbone (CO2) et d'hydrogène. En d'autres termes, à mesure que la concentration de CO2 augmente, l'oxygène a tendance à se dissocier de l'hémoglobine. Cette dissociation est due à l'acidification du sang causée par la dissolution du CO2 dans l'eau, entraînant une augmentation des ions hydrogène. Cette acidification réduit l'affinité de l'hémoglobine pour l'oxygène, ce qui favorise la libération de l'oxygène dans les tissus. En revanche, lorsque le niveau de CO2 diminue, le sang devient moins acide, ce qui favorise le stockage de l'oxygène par l'hémoglobine et donc une moindre libération dans les tissus.
Outre le dioxyde de carbone, deux autres facteurs contribuent à l'Effet Bohr : l'augmentation de la température et la présence de 2,3-diphosphoglycérate, un sous-produit de la glycolyse, qui réduit également l'affinité de l'oxygène pour l'hémoglobine. En substance, ces indicateurs signalent une activité accrue des tissus et un besoin accru d'oxygène.
Courbe de saturation de l’hémoglobine en fonction de la pression en oxygène. Le passage à la courbe en pointillés rouges est causé par l’effet Bohr (source Wikipédia)
Le rôle physiologique de l’Effet Bohr
L'Effet Bohr joue un rôle crucial dans le transport de l'oxygène dans le sang. Lorsque le sang atteint les poumons, où la concentration d'oxygène est élevée, l'hémoglobine se sature rapidement en oxygène. Ainsi, lors de son passage dans les poumons, l'hémoglobine se charge quasiment instantanément avant de retourner dans la circulation sanguine générale.
Lorsque l'hémoglobine atteint les tissus, l'Effet Bohr favorise la libération d'oxygène de manière spécifique dans les tissus qui en ont le plus besoin. Par exemple, un muscle en activité, avec un métabolisme accéléré, tend à s'acidifier en raison de la libération de CO2 dans les réactions métaboliques. Lorsque le CO2 est libéré dans le sang, il réagit avec l'eau selon la réaction suivante :
CO2 + H2O ⇌ HCO3– + H+
Cette réaction conduit à la formation d'ions bicarbonates et à la libération de protons, acidifiant ainsi localement le sang. Étant donné que la pression dans les capillaires sanguins est faible, cette acidification locale persiste suffisamment longtemps pour que, lorsque l'hémoglobine chargée arrive, la réaction suivante se produise :
HbO2 + H+ ⇌ HbH+ + O2
En d'autres termes, en raison de la présence de CO2 et de l'acidité, l'hémoglobine perd son affinité pour l'oxygène. L'oxygène est alors libéré dans le tissu tandis que l'hémoglobine se lie à un proton. Cette liaison permet ensuite à l'hémoglobine de se lier à une molécule de CO2 pour être évacuée vers les poumons, où elle est expirée lors de la respiration.
Le métabolisme anaérobie
Le métabolisme anaérobie (mécanisme qui décompose le glucose dans l'organisme pour produire de l'énergie sans utiliser d'oxygène) est nettement moins efficace que le métabolisme aérobie. Cependant, il génère une acidification importante du fait de la production d'acide lactique, un des déchets métaboliques. Cette acidification est si significative qu'elle entraîne le relargage supplémentaire d'oxygène dans les tissus, estimé à environ 10%. (Voet, Donald; Judith G. Voet; Charlotte W. Pratt (2013). Fundamentals of Biochemistry: Life at the Molecular Level (4th ed.). John Wiley & Sons, Inc. p. 189.).
Ce phénomène se produit non seulement après l'effort, mais également pendant celui-ci. Ainsi, le corps cherche rapidement à rétablir la situation en faveur du métabolisme aérobie. Il devient donc crucial de manipuler consciemment l'Effet Bohr pour améliorer les performances sportives.
Par conséquent, la manière de respirer peut favoriser le maintien du métabolisme aérobie en introduisant précocement du CO2 pour acidifier le sang au niveau des tissus musculaires. Cela permet un meilleur approvisionnement en oxygène des tissus et maintient ainsi l'activité aérobie.
Ironiquement, cela explique pourquoi l'hyperventilation peut nous conduire à l'hypoxie et favoriser le passage au métabolisme anaérobie et donc à une fatigue musculaire plus rapide.
L'Effet Bohr au cœur des pratiques respiratoires
Comprendre l'Effet Bohr revient à saisir de nombreuses techniques respiratoires et à expliquer divers phénomènes qui leur sont liés. Nous aborderons cette notion lors de nos discussions sur la méthode Wim Hof, la méthode Oxygen Advantage et le Pranayama.
La respiration est un art, mais sa compréhension relève de la science. En comprenant pourquoi, comment, où et quand respirer, nous pouvons optimiser nos pratiques en lien avec notre physiologie. Ainsi, la compréhension de l'Effet Bohr devient essentielle.
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Julien
