Systèmes respiratoires Flashcards
Propriétés physiques de l’air et de l’eau
Un organisme qui extrait son O2 de l’eau dépense davantage d’énergie qu’un organisme qui extrait son O2 de l’air
Concentration dans l’eau 30 fois moindre que dans l’air
Pourquoi la PCO2 artérielle est beaucoup (~20 fois) plus élevée chez les animaux respirant dans l’air que chez ceux respirant dans l’eau ?
> Les organisme aquatiques ventilent beaucoup plus que les organismes terrestre
> Ventiler permet d’obtenir plus d’O2 mais aussi de rejeter plus de CO2.
–> Donc les organismes aquatiques ont beaucoup moins de CO2 puisqu’ils doivent ventiler plus
Importance du courant d’eau dans la ventilation et les échanges gazeux dans l’eau
• Systèmes cutanés & Branchies externes
> Tégument / Branchies externes
> baignent dans le médium
> Diffusion simple de l’O2
Structures spécialisées dans le mouvement du medium aqueux
- Mouvements ciliaires
- Contractions musculaires
• Branchies internes
Avantages
> Protection de structures fragiles (surfaces minces & humides)
> Ajustement possible du débit du médium contenant O2
Structures spécialisées dans le mouvement du medium aqueux
- Mouvements ciliaires
- Contractions musculaires
–> Renouvellement de l’O2 du medium respiratoire
Structures spécialisées dans le mouvement du medium aqueux chez les Mollusques
Mouvements ciliaires > Mouvements du médium aqueux à travers les branchies > Ventilation unidirectionnelle > Flux sanguin à contrecourant > Ex: Gastéropodes & Bivalves
Contractions musculaires > Mouvements du médium aqueux à travers les branchies > Ventilation unidirectionnelle > Flux sanguin à contrecourant > Ex: Céphalopodes
Ventilation et échanges gazeux chez les Crustacés
Diffusion simple
> Petites espèces filtreuses & Copépodes
Appendices modifiés dans la cavité branchiale pour la ventilation
> Scaphognathite, Plaques branchiales
> Crabes, Crevettes, Homard, Écrevisse
Structures spécialisées dans le mouvement du medium aqueux chez les Échinodermes
Pieds tubulaires & Papules respiratoires
> Madreporites → pores par lesquels l’eau est aspirée et rejetée
> Papules respiratoires → ~ branchies externes dont les cils font circuler le medium respiratoire
Invaginations de la surface corporelle (« Poumons » )
> Mouvements ciliaires → circulation de l’eau dans les canaux du système vasculaire
> Contractions musculaires → Cloaque & Arbre respiratoire font circuler l’eau
Structures spécialisées dans le mouvement du medium aqueux chez les Poissons
• Contractions musculaires d’une structure ciliée (= velum)
- Myxine
- Lamproie
• Pompe buccale des Élasmobranches (= Poissons cartilagineux)
- Ventilation par étapes successives
• Pompe bucco-operculaire des Téléostéens (= Poissons osseux)
• Tactique alternative des Téléostéens ( =Poissons osseux) : Ventilation sans pompe bucco-operculaire
> Espèces actives : Thon (obligatoire), qq requins
> ↓ ↓ dépense d’énergie pour ventiler
> ↑ dépense d’énergie pour se déplacer
–> Ajustement possible de la tactique à employer selon l’environnement et les besoins respectifs des individus
Cas particulier de la lamproie : Changement de mode de ventilation
- Hors période de nourrissage (similaire à la myxine)
> Eau entre par le nostril median / sort par l’ouverture de la chambre branchiale
> Ventilation unidirectionnelle
> Flux sanguin à contrecourant - Pendant le nourrissage
> Eau entre/sort par les ouvertures branchiales
> Ventilation bidirectionnelle
Ventilation par étapes successives :
- ↑ volume cavité buccale
> Entrée d’eau par la bouche et les spiracles ouverts - ↓ volume cavité buccale (contractions musculaires)
> Sortie d’eau par les fentes branchiale (bouche & spiracles fermés)
Succession d’Expansion & Contraction de la cavité buccale
─ Pompe aspirante ET expirante
─ Flux unidirectionnel à contre-courant
─ Flux pulsatile
Cas de la myxine
> Eau entre par le nostril median / sort par l’ouverture de la chambre branchiale
Ventilation unidirectionnelle
Flux sanguin à contrecourant
Fonctionnement de la pompe bucco-operculaire
> Anatomie - Organisation :
- Arc branchial (4)
- Lames branchiales (2 / arc branchial)
- Lamelles branchiales (= Filaments branchiaux)
> Renouvellement du medium respiratoire
- Entrée d’eau par la bouche
- Sortie d’eau par les opercules branchiaux
Voir diapo 15
Mouvements de la bouche et de l’opercule = 2 pompes génératrices de différentiels de pression entre les différentes cavités assurant le flux unidirectionnel du medium respiratoire
Ventilation – Perfusion des Téléostéens
Ventilation unidirectionnelle + Flux à contre-courant
- Arc branchial → vaisseau afférent
- Lames branchiales → vaisseaux afférents
- Lamelles branchiales → capillaires
- Lames branchiales → vaisseaux efférents
- Arc branchial → vaisseau efférent
Respiration et adaptation évolutive des Téléostéens
Espèces actives vs. statiques
Influence le nombre de lames & lamelles branchiales des différentes espèces de Téléostéens selon leur degré d’activité
Aspects évolutifs de la Ventilation et des échanges gazeux dans l’air
> Ventilation unidirectionnelle des branchies ( ~ respiration aquatique)
Ventilation bidirectionnelle des poumons
Ventilation et échanges gazeux dans l’air des mollusques terrestres
- Absence de branchies
- Cavité interne du manteau très vascularisée = « Poumons »
> Contractions musculaires de la cavité du manteau
= Renouvellement régulier du médium aérien dans la cavité du manteau à travers le pneumostome
Systèmes spécialisés chez les Crustacés (Crabes terrestres)
> Branchies rigides (« Poumons » en lamelle)
- invaginations de la surface corporelle
- ne s’affaissent pas dans l’air
Cavité branchiale hautement vascularisée Site principal d’échanges gazeux
Scaphognathite
- Renouvellement régulier du médium aérien dans la cavité branchiale
Insectes terrestres: Organisation du système trachéal
> Système trachéal = longs & fins tunnels internes de cuticule (= chitine) emplis d’air
Trachéoles = extrémité des tubes emplis d’hémolymphe
O2 se dissout dans cette hémolymphe en contact avec les tissus
L’air diffuse à travers les stigmates par 3 modes de ventilation
Insectes terrestres: les 3 grands modes de ventilation
1.Changement de volume abdominal ou thoracique
> Ventilation bidirectionnelle (entrée et sortie d’air par les mêmes stigmates)
> Ventilation unidirectionnelle (entrée par stigmates antérieurs/sortie par stigmates postérieurs)
> Flux volumique
2.Ventilation active du système trachéal
> Changement de volume des trachées et trachéoles
> Flux volumique
3.Échanges gazeux discontinus (Fermeture des stigmates)
> Ventilation en 3 phases
> Flux volumique
Échanges gazeux discontinus (Fermeture régulière des stigmates)
Ventilation en 3 phases
1. Phase 1= Stigmates fermés – pas d’échanges d’air avec l’extérieur – O2 consommé → CO2 → HCO3- > Po2 & Ptrachéale totale ↓
- Phase 2 = Stigmates ouverts partiellement
– entrée d’air de l’extérieur
– Ptrachéale totale faible favorise le flux
> Po2 & Ptrachéale totale ↑ puis ↓ selon ouverture/fermeture stigmates - Phase 3= Stigmates ouverts totalement
– en réponse à Pco2 ↑ suite aux fortes
quantités de HCO3- accumulées
> Po2 & Ptrachéale totale ↑ jusqu’au max
> CO2 rapidement relâché vers l’extérieur suite à l’ouverture complète des stigmates
Voir diapo 25 (Nouvelle diapo)
Systèmes spécialisés chez les Chélicérates (Araignées)
> 4 Poumons en feuillets (10-100 lamelles) → échanges gazeux avec milieu extérieur
Système trachéal (~ Insectes) → O2 diffuse dans les trachées, puis se dissout dans le fluide interstitiel de l’organisme
Systèmes spécialisés chez les Isopodes terrestres (Cloportes)
> Branchies avec :
- une face mince → échanges gazeux
- une face chitineuse épaisse, dure & résistante → support
Pseudotrachea = branchies antérieures contenant des tubules aériens → O2 diffuse dans le pseudotrachea, puis se dissout dans le fluide interstitiel de l’organisme
Systèmes spécialisés chez les Insectes aquatiques
Respirent aussi de l’air → Organes spécialisés
> Provision d’air accumulée (ex: Bulle « branchiale » du dytique)
> Siphon respiratoire (ex: « Tuba » des larves de moustiques)
> Plastron constitué de soies hydrofuges
–> permet de repousser l’eau et garder l’accès à l’air
Respiration aérienne chez certains poissons
Diversité des organes accessoires
> branchies ou système digestif modifié (selon les espèces)
Cas des Dipneustes (pompe buccale)
Voir diapo 27
Amphibiens - Cas particulier : Diversité des stratégies respiratoires
- Respiration branchiale
- Respiration cutanée
- Respiration pulmonaire
Différents types de respiration qui changent selon le développement (stade de vie) et l’environnement de l’individu
Échanges gazeux & Développement des amphibiens
Exemple du ouaouaron (bullfrog)
• Stade Tétard
–Branchies (~50%) + Peau (~50 %)
–Poumons non fonctionnels
• Stade Tétard avancé
–Peau (~60%) + Poumons (~20%) + Branchies (~20%)
• Stade Adulte
–Poumons (~80%) + Peau (~20%)
–Branchies absentes ou non fonctionnelles
–Peau (100% en Hibernation & Plongée)