Cours 6 - Système cardio-respiratoire

Question 1

Pourquoi a-t-on besoin d’un système respiratoire?

Answer 1

Pour effectuer les échanges gazeux (garder O2 et évacuer CO2)

Question 2

Quelles sont les fonctions des mitochondries dans la respiration?

Answer 2

Elles consomment l’oxygène et agissent comme puit puisqu’elle créent un gradient de concentration en oxygène par rapport au reste de la cellule. Elles le diffusent à celle-ci. Elles font aussi de l’ATP en utilisant l’oxygène comme dernier accepteur d’électrons.

Question 3

Qu’arrive-t-il à la concentration d’oxygène entre l’air ambiant et les mitochondries, en passant par les alévoles, les vaisseaux, le sang et les capillaires?

Answer 3

Elle diminue

Question 4

Comment pouvez-vous caractériser la diffusion de l’oxygène et du dioxyde de carbone?

Answer 4

Passive, sauf quelques fois où elle est active pour le dioxyde de carbone.

Question 5

De quoi dépend le taux de diffusion (3)?

Answer 5

1. Gradient de concentration
2. Épaisseur/résistance de la membrane
3. Surface de la membrane

Question 6

Pourquoi de multiples évaginations du système respiratoire sont apparues de manière indépendante entre les espèces?

Answer 6

Celles-ci permettent d’augmenter la surface de contact et d’ainsi optimiser la respiration.

Question 7

Nommez les trois grandes stratégies de respiration.

Answer 7

1. Création d’un courant ventilatoire
2. Respiration cutanée
3. Surface respiratoire spécialisée

Question 8

Vrai ou faux? Les Cnidaires, éponges et plathelminthes créent un courant ventilatoire pour respirer.

Answer 8

Vrai

Question 9

Quelles espèces font de la respiration cutanée?

Answer 9

Les vers de terre, les oeufs d’oiseaux, les amphibiens. Chez les vertébrés, cette stratégie sera accompagnée d’une autre.

Question 10

Quelles sont les désavantages de la respiration cutanée (3)?

Answer 10

1. La peau doit toujours être humide (habitat aquatique ou humide)
2. Peau très mince, vulnérable à la prédation, souvent la région de respiration cutanée sera alors restreinte à une petite partie du corps
3. Diffusion de produits toxiques

Question 11

Expliquez comment certaines grenouilles n’utilisent pas la stratégie de réduction des surfaces d’échange.

Answer 11

Elles augmentent la surface de peau pour les échanges capillaires à l’aide de replis ou ‘‘cheveux’’ durant la saison des amours.

Question 12

Nommez les trois surfaces respiratoires spécialisées.

Answer 12

1. Branchies internes (membrane évaginée)
2. Branches externes (membrane évaginée)
3. Poumons (membrane invaginée)

Question 13

Parmi les surfaces respiratoires spécialisées, laquelle/lesquelles utilisent la ventilation passive?

Answer 13

Les branchies externes. Les deux autres utilisent de la ventilation active.

Question 14

Quel est l’avantage de la ventilation active?

Answer 14

On ne dépend pas du taux d’oxygène de l’environnement.

Question 15

Pourquoi les branchies externes sont strictement aquatiques?

Answer 15

Puisqu’elles s’affaisseraient sans l’eau pour les retenir, manque de viscosité.

Question 16

Quelles sont les 4 étapes de la respiration chez les animaux faisant de la ventilation active?

Answer 16

1. Ventilation active
2. Diffusion des gaz à travers la surface respiratoire (poumons ou branchies)
3. Transport dans le système circulatoire
4. Diffusion à travers les capillaires

Question 17

Quels sont les trois types de ventilation active?

Answer 17

1. Ventilation non-directionnelle. On l’observe par les branchies externes de Necturus qui
   sont ballottées dans toutes les directions
   pour créer un courant.
2. Ventilation unidirectionnelle. Représentée
   par les poissons chez lesquels l’eau passe de
   la bouche vers les branchies et sort par
   l’ouverture operculaire.
3. Ventilation bidirectionnelle. Le poumon reçoit l’air
   inspiré des voies nasopharyngiennes et
   retourne l’air expiré par les mêmes voies.

Question 18

Vrai ou faux? Dans une vie, certaines espèces auront des changements au niveau de leur mode de ventilation.

Answer 18

Faux. Ils peuvent uniquement changer le rythme de ventilation pour pallier aux fluctuations environnementales.

Question 19

De quoi dépendent les échanges gazeux chez les espèces faisant de la ventilation non-directionnelle?

Answer 19

1. Concentration en oxygène (pression partielle)
2. Efficacité de la ventilation
3. Épaisseur de la surface d’échange

Question 20

Dans un animal effectuant de la ventilation non-directionnelle, est-il plus avantageux d’avoir une surface d’échange épaisse ou pas? Pourquoi?

Answer 20

Il est toujours préférable d’avoir une membrane mince, il y a ainsi plus d’échanges qui sont effectués.

Question 21

Quelles sont les 4 caractéristiques des échanges gazeux chez les animaux à ventilation bidirectionnelle?

Answer 21

1. La cavité respiratoire ne se vide jamais
   complètement.
2. L’air frais se mélange avec l’air résiduel
   resté dans la cavité respiratoire.
3. La PO2 dans la cavité respiratoire est plus
   faible que la PO2 du milieu externe.
4. La PO2 sanguine s’équilibre avec la PO2
   de la cavité respiratoire, mais demeure
   plus faible que la PO2 de l’air inhalé.

Question 22

Quels sont les trois types d’échanges gazeux chez les animaux à ventilation unidirectionnelle?

Answer 22

1. Concurrent si le sang et le milieu ventilé circulent dans la même
   direction de part et d’autre de la surface d’échange.
2. Contre-courant si les deux directions sont opposées.
3. « Cross-courant » si le sang circule en angle par rapport au
   milieu ventilé à la surface d’échange respiratoire.

Question 23

Quel est le problème de la ventilation unidirectionnelle concurrente?

Answer 23

Une fois que les pressions partielles sont égales, il n’y a plus d’échange d’oxygène possible.

Question 24

Pourquoi la ventilation unidirectionnelle contre-courant est-elle optimale?

Answer 24

C’est le moyen le plus efficace de retirer l’oxygène du milieu puisqu’on conserve le gradient de pression tout le long du trajet. Les pressions internes et externes ne seront jamais les mêmes. La pression interne reste tout de même largement supérieure à celle expirée: nous avons un optimum d’apport oxygène.

Question 25

Décrivez la pression partielle dans un mécanisme d’échange cross-courant.

Answer 25

Elle est plus élevée (donc efficace) que le mécanisme d’échange concurrent, mais moins que celle contre-courant.

Question 26

En quoi les propriétés de l’eau diffèrent de celles de l’air?

Answer 26

L’oxygène est moins soluble dans l’eau, donc plus difficile à assimiler. L’air a 20x plus d’oxygène que l’eau. L’eau est plus dense et visqueuse.

Question 27

Quelle ventilation les organismes aquatiques priorisent-ils?

Answer 27

Unidirectionnelle. Elle est moins coûteuse que la bidirectionnelle, donc avantageux pour combler la différence de disponibilité en oxygène avec l’air.

Question 28

Quels organismes utilisent la diffusion comme mode d’apport en oxygène?

Answer 28

Cnidaires, éponges, plathelminthes.

Question 29

Décrivez la respiration des mollusques.

Answer 29

Ils ont des branchies ciliées internes dans la cavité du manteau. Ils font de la ventilation unidirectionnelle.

Question 30

Comment les céphalopodes oxygènent leurs branchies?

Answer 30

À l’aide de contractions musculaires, soit les mêmes que pour les déplacements.

Question 31

Expliquez la ventilation des mollusques bivalves.

Answer 31

La ventilation est assurée par les siphons inhalant et
exhalant qui font circuler
l’eau en direction opposée à
celle du sang (échanges à
contre-courant et/ou cross-courant). Ils ont aussi des cils sur les parois pour aider les échanges.

Question 32

Les mollusques terrestres ont-ils des branchies?

Answer 32

Non, la cavité de leur manteau agit comme poumon. La paroi est très vascularisée.

Question 33

Comment les besoins en oxygène sont-ils comblés pour les mollusques terrestres?

Answer 33

La ventilation
pulmonaire n’est pas nécessaire, la diffusion simple est suffisante. Certaines espèces assurent une
ventilation minimale en faisant osciller
le plancher du manteau.

Question 34

Expliquez la respiration chez les crustacés aquatiques.

Answer 34

Les branchies richement vascularisées sont logées à la base des pattes thoraciques recouvertes par la carapace (branchies internes).

Question 35

Comment les crustacés aquatiques se ventilent?

Answer 35

La ventilation unidirectionnelle est
assurée par le battement d’une
structure appelée scaphognathite (patte modifiée). Cela crée une succion.

Question 36

Comment les crustacés semi-terrestres et terrestres respirent sur terre?

Answer 36

Leurs branchies sont solidifiées à l’aide de cuticule ainsi que réduites pour soutenir l’air moins dense. Elles sont humidifées.

Question 37

Comment respirent les étoiles et les oursins?

Answer 37

Leur épiderme a des branchies dermiques ciliées. Les pieds ambulacraires font une surface d’échange supplémentaire. La surface interne (du système aquifère) est cilliée servant de système circulatoire. Les pieds aident à faire entrer l’eau par succion.

Question 38

Comment les concombres de mer respirent-ils?

Answer 38

Ils possèdent deux arborescences respiratoires issues du cloaques. On peut les caractériser de poumons aquatiques. La ventilation est bidirectionnelle fonctionnant par dilatation et contraction du cloaque.

Question 39

Comment peut-on caractériser la majorité des systèmes branchiaux des invertébrés aquatiques ‘‘supérieurs’’?

Answer 39

À ventilation unidirectionnelle. C’est la même chose pour les vertébrés aquatiques.

Question 40

Quel mode de ventilation utilisent les lamproies?

Answer 40

Elles en utilisent deux. La ventilation unidirectionnelle quand elles ne mangent pas (l’eau entre par la bouche et sort par les pores branchiales) et la ventilation bidirectionnelle (entre et sort par pores branchiaux) quand elles mangent.

Question 41

Expliquez la respiration chez les chondrichtyens.

Answer 41

L’eau pénètre par la bouche et les spiracles (ouvertures sur les côtés de la tête du requin) en se déplacant. En fermant la bouche, l’eau est poussée vers les branchies très vascularisées et les fentes branchiales. L’oxygène s’accroche aux capillaires sanguins des branchies.

Question 42

Expliquez la respiration des ostéichtyens.

Answer 42

Les branchies dans les cavités operculaires sont protégées par les opercules. La ventilation unidirectionnelle des branchies est réalisée par une pompe bucco-operculaire. L’eau entre dans la cavité buccale, l’opercule grandit et la valve operculaire est fermée. La bouche se ferme, ce qui compresse la cavité buccale. L’eau est poussée vers les branchies pour les échanges. Ensuite, la valve operculaire s’ouvre, et l’eau sort. On ouvre la bouche et l’eau revient.

Question 43

Comment les poissons osseux optimisent-ils leurs échanges par rapport aux requins?

Answer 43

Ils vont faire des contractions musculaires supplémentaires au niveau des opercules.

Question 44

Quelles sont les particularités de la respiration du thon?

Answer 44

Ses branchies sont 8x plus grandes que toutes les espèces de la même taille. Elles sont très minces. Ils peuvent ainsi récupérer l’oxygène de l’eau de façon très optimale. Ils nagent aussi la bouche ouverte pour satisfaire leurs besoins en oxygène, donc pas besoin de pompe bucco-operculaire.

Question 45

Décrivez l’anatomie respiratoire des ostéichtyens.

Answer 45

Ils ont 4 paires d’arcs branchiaux pharyngiens, chaque arc étant constitué de 2 rangées de filaments (lamelles primaires) elles-mêmes constituées de lamelles secondaires et de vaisseaux sanguins afférent et efférents. On optimise ainsi de façon maximale les surfaces d’échanges dans un système relativement restreint.

Question 46

Expliquez la ventilation à contre-courant des ostéichtyens.

Answer 46

L’eau passe le long des lamelles de la cavité buccale vers l’extérieur, et le sang circule dans la lamelle de direction opposée.

Question 47

Décrivez le système pulmonaire des insectes et arthropodes (araignées et scorpion).

Answer 47

Leur appareil pulmonaire est composé d’une série d’invaginations lamellaires de la paroi abdominale. Elles sont reliées ensemble. Le sang circule dans les lamelles dans lesquelles s’effectuent les échanges.

Question 48

Comment se singularise le système respiratoire des insectes?

Answer 48

Ils ont des spiracles comme pores d’entrée et un système de tachées/trachéoles qui font l’apport direct de l’oxygène. Le métabolisme est très élevé, on a donc besoin d’un tel apport. Pour assurer la livraison, le corps sera très vascularisé et il y aura des compressions des trachées (ventilation). Ce contrôle est utile pour éviter les trop grandes pertes d’eau. On n’a donc pas besoin de l’intermédiaire d’un système circulatoire.

Question 49

Nommez d’autres stratégies respiratoires chez les insectes aquatiques.

Answer 49

1. Larves de moustiques avec des siphons
2. Trachée hydrophobe (afin d’empêcher les trachées d’être abimées par l’eau)
3. Respiration dans une bulle d’air

Question 50

Comment respirent les anguilles électriques?

Answer 50

Elles ont des parois buccales très vasculariées qui permettent des échanges gazeux en respirant par la bouche.

Question 51

Comment respirent les poissons-chats?

Answer 51

Ils ont un estomac modifié très vascularisé qui peut être utilisé pour des échanges gazeux.

Question 52

Vrai ou faux? La respiration aérienne n’a évolué qu’une seule fois chez les vertébrés.

Answer 52

Faux

Question 53

Que sont les sacs aériens spéciaux des poissons?

Answer 53

Ce sont des modifications du tube digestif pour des échanges gazeux. Ils sont très diversifiés entre les espèces.

Question 54

Dans quel environnement suppose-t-on que la transition eau à air s’est effectuée?

Answer 54

Dans des milieux aquatiques pauvre en oxygène.

Question 55

Expliquez le système respiratoire des dipneustes.

Answer 55

Ils ont une atrophie complète de leurs branchies. Ils ont des poumons. Ils respirent à la surface. S’ils manquent d’eau dans leur milieu, ils vont former du mucus protecteur tout en continuant de respirer par la bouche. Une fois que l’eau revient, parfois des mois après, ils retournent à leur mode de vie normal.

Question 56

Comment respirent les amphibiens?

Answer 56

Ils utilisent la respiration cutanée, les branchies externes ou des poumons. Ils font aussi des combinaisons de ces trois options. On priorise la respiration cutanée quand les besoins en oxygène sont limités (larves à basse température ou en hibernation). On priorise la respiration pulmonaire pour une période active.

Question 57

Expliquez l’apport en oxygène et l’évacuation de dioxyde de carbone au cours de la vie d’une grenouille.

Answer 57

1. Tétard aquatique: branchies et poumons développés, mais les poumons ne sont pas fonctionnels. La respiration et l’évacuation viennent de la peau puis ensuite des branchies.
2. Tétard qui peut respirer dans l’air: Les poumons fournissent désormais autant que les branchies. La peau fournit au maximum. L’évacuation de dioxyde de carbone ne change pas.
3. Grenouillette: C’est ici les poumons qui fournissent l’oxygène suivie par la peau. C’est la peau qui évacue le dioxyde en grande majorité. Les branchies ne sont plus fonctionelles, elles sont résorbées.
4. Grenouille: Chez l’adulte, les poumons prennent la majorité de l’oxygène et la peau en évacue la majorité du CO2.

Question 58

Expliquez la respiration chez la grenouille adulte.

Answer 58

Elle est bidirectionnelle: l’air inhalé et exhalé auront leurs propres chemins.

1. L’air entre dans la cavité buccale par les narines.
2. On ouvre la glotte, la compression de la poitrine réduit le volume des poumons. L’air est forcé hors des poumons puis par les narines.
3. On ferme les narines. Le ‘‘plancher’’ de la cavité buccale s’élève: on pousse l’air dans les poumons.
4. On ferme la glotte. Les échanges gazeux s’effectuent dans les poumons.

Question 59

Quelle est la particularité des cavités pulmonaires des reptiles?

Answer 59

Elle est multichambrée. On augmente les surfaces d’échanges.

Question 60

Vrai ou faux? Les reptiles font du pompage buccal comme les amphibiens pour remplir leur système respiratoire.

Answer 60

Faux. Ils font plutôt un effet de succion en gonflant la cavité pulmonaire à l’aide de jeux de muscles thoraciques et abdominaux.

Question 61

Vrai ou faux? Les reptiles sont les seuls à séparer les muscles servant à se nourrir et à ventiler leur système respiratoire?

Answer 61

Faux. Les mammifères et les oiseaux aussi.

Question 62

Quel type de ventilation est utilisé par les oiseaux?

Answer 62

La ventilation unidirectionnelle. Il n’y a pas de croisement entre l’air inhalé et exhalé.

Question 63

Décrivez le système respiratoire des oiseaux.

Answer 63

Ils ont une série de sacs aériens associés aux poumons: sacs aériens postérieurs et antérieurs.

Question 64

Expliquez la respiration chez les oiseaux.

Answer 64

1. Expansion de la poitrine pendant la première inhalation. L’air riche entre dans les bronches jusqu’au sac aérien postérieur.
2. On comprime la poitrine pendant la première expiration afin de pousser l’air riche du sac aérien postérieur dans les poumons.
3. Expansion de la poitrine pendant la deuxième inspiration afin de pousser l’air pauvre des poumons au sac aérien antérieur.
4. Compression de la poitrine pendant la deuxième expiration afin de pousser l’air pauvre du sac aérien antérieur vers les trachées (puis vers l’extérieur de l’organisme).

Question 65

Décrivez la circulation du sang des capillaires dans les poumons des oiseaux.

Answer 65

Elle est à contre ou cross-courant. Cela maximise les échanges gazeux. C’est ce qui fait du système respiratoire des oiseaux le plus perfectionné et efficace du règne animal.