UNIVERSITE BORDEAUX I &MICHEL de MONTAIGNE BORDEAUX 3 (année universitaire 2008-2009) Master SCIENCES ET TECHNOLOGIES Mention SCIENCES DE LA TERRE ET ENVIRONNEMENT, ECOLOGIE Parcours BIOLOGIE GENERALE, SCIENCES DE LA TERRE ET DE L'UNIVERS PHYSIOLOGIE COMPAREE DES GRANDES FONCTIONS DANS LE REGNE ANIMAL RESPIRATION Alain SARRIEAU, Professeur 2 SOMMAIRE INTRODUCTION GENERALITES LES RELATIONS ENTRE APPAREILS CIRCULATOIRE ET RESPIRATOIRE L’ADAPTATION RESPIRATOIRE AUX CONTRAINTES DU MILIEU 1. Les caractéristiques des milieux aquatiques et aériens 2. Les conséquences physiologiques des différences entre les milieux aquatiques et aériens LA CLASSIFICATION DES APPAREILS RESPIRATOIRES LES PIGMENTS RESPIRATOIRES LA CLASSIFICATION, L'ORIGINE ET LA DISTRIBUTION DES PIGMENTS RESPIRATOIRES LA STRUCTURE DES PIGMENTS RESPIRATOIRES LES FONCTIONS DES PIGMENTS RESPIRATOIRES LA RESPIRATION EN MILIEU AQUATIQUE LA RESPIRATION AQUATIQUE SANS APPAREIL RESPIRATOIRE LA RESPIRATION BRANCHIALE 1. Aspects généraux 2. Les branchies externes 3. Les branchies internes 4. La mécanique respiratoire LA RESPIRATION EN MILIEU AERIEN LES INSECTES LES VERTEBRES 1. Les poissons 2. Les batraciens 3. Les reptiles 4. Les oiseaux 5. Les mammifères marins L'EVOLUTION DE LA STRUCTURE DES POUMONS LE CONTROLE DE LA VENTILATION LE CONTROLE NERVEUX DE LA VENTILATION LE CONTROLE CHIMIQUE DE LA VENTILATION LE CONTROLE DE L'EQUILIBRE ACIDO-BASIQUE 3 4 FIG. 1 – MODALITES D'ASSOCIATION DES APPAREILS CIRCULATOIRE ET RESPIRATOIRE. TABLEAU I CARACTERISTIQUES PHYSICO-CHIMIQUES DES MILIEUX AQUATIQUE ET AERIEN. 5 TABLEAU II EFFET DE LA TEMPERATURE SUR LA SOLUBILITE DU DIOXYGENE DANS L'EAU. TABLEAU III IMPORTANCE DE LA SURFACE RESPIRATOIRE ET DE L'EPAISSEUR DE LA BARRIERE DE DIFFUSION CHEZ LES VERTEBRES. 6 FIG. 2 – RELATIONS ENTRE LA SURFACE DE LA BARRIERE DE DIFFUSION, LE POIDS CORPOREL ET LA CONSOMMATION EN DIOXYGENE CHEZ LES VERTEBRES. FIG. 3 – MISE EN EVIDENCE PAR NORTHERN BLOT DE LA SYNTHESE DE LA CYTOGLOBINE DANS DES TISSUS HUMAINS. 7 FIG. 4 – DISTRIBUTION DES PIGMENTS RESPIRATOIRES DANS LE REGNE ANIMAL. 8 TABLEAU IV LOCALISATION ET MASSE MOLECULAIRE DES PIGMENTS RESPIRATOIRES DANS LE REGNE ANIMAL. 9 FIG. 5 – COURBE DE SATURATION DE L'HEMOGLOBINE EN FONCTION DE LA PRESSION PARTIELLE EN DIOXYGENE. FIG. 6 – COURBE DE SATURATION DE L'HEMOGLOBINE PAR LE DIOXYGENE CHEZ LES MAMMIFERES. 10 FIG. 7 – EFFET BOHR CHEZ LES MAMMIFERES. FIG. 8 – EFFET ROOT CHEZ LES POISSONS 11 FIG. 9 – EFFET DE L'ALTITUDE SUR LA SATURATION DE L'HEMOGLOBINE PAR LE DIOXYGENE; FIG. 10A – COURBE DE SATURATION DE L'HEMOGLOBINE DANS UN SYSTEME A HAUTE PRESSION PARTIELLE EN DIOXYGENE. [A : pression partielle en dioxygène du sang artériel ; V : pression partielle en dioxygène du sang veineux.] 12 FIG. 10B – COURBE DE SATURATION DE L'HEMOGLOBINE DANS UN SYSTEME A BASSE PRESSION PARTIELLE A PARTIR D'UNE PRESSION PARTIELLE ELEVEE EN DIOXYGENE. FIG. 10C – COURBE DE SATURATION DE L'HEMOGLOBINE DANS UN SYSTEME A BASSE PRESSION PARTIELLE A PARTIR D'UNE PRESSION PARTIELLE FAIBLE EN DIOXYGENE. 13 FIG. 11 – STRUCTURE GENERALE DES BRANCHIES DES POISSONS. FIG. 12 – CIRCULATION DE L'EAU DANS LA CAVITE BUCCALE ET LES BRANCHIES CHEZ LES POISSONS. 14 FIG. 13 – ASPECTS ULTRASTRUCTURELS DES BRANCHIES DE POISSONS. FIG. 14 – MECANISMES DE L'HEMATOSE AU NIVEAU DES BRANCHIES DES POISSONS 15 FIG. 15 – ECHANGE DU DIOXYGENE PAR CONTRE-COURANT AU NIVEAU DES LAMELLES BRANCHIALES FIG. 16 – BRANCHIES EXTERNES DE VERTEBRES. [Bg. : bourgeon ; Br. branchie.] 16 FIG. 17 – MODIFICATION DES APPAREILS CIRCULATOIRE ET RESPIRATOIRE LORS DE LA METAMORPHOSE DES AMPHIBIENS. [Cu : artère cutanée]. FIG. 18 – BRANCHIE INTERNE DE TYPE SEPTAL. [A.B.A. : artère branchiale afférente ; A.B.E. : artère branchiale efférente ; Br. : arc branchial ; F. : filament branchial ; F. Br. : fente branchiale ; He. : hémibranchie ; Ho. : holobranchie ; Hy. : arc hyoïde ; L. Br. : lamelle branchiale ; M. Br. : muscle branchial ; Md. : arc mandibulaire ; N. : nerf crânien branchial ; Œ. : œsophage ; P. Br. : pseudobranchie ; Ph. : pharynx ; R. Br. : rayon branchial ; S. : septum interbranchial ; Sp. : spiracle.] 17 FIG. 19 – BRANCHIE INTERNE DE TYPE OPERCULE. [A.A.F. : artère afférente d'un filament branchial ; A.E.F. : artère efférente d'un filament branchial ; B. : branchictenies ; Hol. : holobranchie ; Op. : opercule ; Ps. Br. : pseudobranchie. Voir également la légende de la figure 18.] FIG. 20 – BRANCHIE INTERNE DE TYPE BOURSE. [A. : artère branchiale afférente ; A. V. : aorte ventrale ; B. : bouche ; C. L. : cartilage lingual ; C. M. : couche musculaire ; C.N.H. : Canal naso-hypophysaire ; Co. : chorde ; C. P. C. : canal pharyngo-cutané ; C. S. : canal spiraculaire ; E : artère branchiale efférente ; En. : Encéphale ; F. : filament branchial ; L. : langue ; O. : oscule ; Œ. : œsophage ; O.N.H. : Orifice naso-hypophysaire ; Ph. : pharynx ; S. : spiracule ; S. Br. : poche branchiale ; S. C. : spiracule commun ; S.H. : Sac hypophysaire ; S.O. : sac olfactif ; V. : velum.] 18 FIG. 21 – CYCLE RESPIRATOIRE CHEZ LES POISSONS TELEOSTEENS. [Bucc. : cavité buccale ; Op. : cavité operculaire. Les flèches noires indiquent des mouvements actifs et les flèches blanches des mouvements passifs.] FIG. 22 – RELATION ENTRE LA RYTHMICITE DE LA FONCTION RESPIRATOIRE ET LA VITESSE DE NAGE CHEZ LE MAQUEREAU. 19 FIG. 23 – STRUCTURE DE L'APPAREIL TRACHEAL DES INSECTES. FIG. 24 – APPAREIL RESPIRATOIRE DES INSECTES. 20 FIG. 25 – CYCLE RESPIRATOIRE DES INSECTES. 21 FIG. 26 – VESSIES GAZEUSES DES POISSONS. [C. P. : canal pneumatique ; Œ : œsophage.] 22 FIG. 27 – LES DIFFERENTS MODES DE RESPIRATION CHEZ L'ANGUILLE FIG. 28 – IMPORTANCE RELATIVE DE LA RESPIRATION BRANCHIALE ET DE LA RESPIRATION PULMONAIRE CHEZ LES DIPNEUSTES. 23 FIG. 29 – ADAPTATION DE LA FONCTION RESPIRATOIRE AU CHANGEMENT DE MILIEU CHEZ LES DIPNEUSTES. FIG. 30 – RENOUVELLEMENT DES HEMOGLOBINES LORS DE LA METAMORPHOSE DE LA GRENOUILLE 24 FIG. 31 – COURBE DE SATURATION DES HEMOGLOBINES FŒTALES ET ADULTES DE GRENOUILLE. FIG. 32 – CYCLE RESPIRATOIRE CHEZ LA GRENOUILLE. 25 FIG. 33 – IMPORTANCE RELATIVE DE LA PEAU ET DU POUMON DANS LA RESPIRATION AU COURS DES SAISONS. FIG. 34 – STRUCTURE DU POUMON CHEZ LES REPTILES. [Br. E. : bronche extrapulmonaire ; Br. I. : bronche intrapulmonaire ; Ch. D. : chambre dorsale ; Ch. V. : chambre ventrale ; F. : favéole ; S. : septum.] 26 FIG. 35 – STRUCTURE DE LA COQUILLE DE L'ŒUF D'OISEAU. FIG. 36 – EVOLUTION DES PRESSIONS PARTIELLES EN DIOXYGENE ET EN DIOXYDE DE CARBONE PENDANT L'INCUBATION DE L'ŒUF DE POULE. 27 FIG. 37 – BILAN DES ECHANGES PENDANT LA COUVAISON DE L'ŒUF DE POULE. FIG. 38 - ETAPES DE LA COUVAISON DE L'ŒUF DE POULE. 28 FIG. 39 – DIFFUSION DES GAZ RESPIRATOIRES AU NIVEAU DE LA COQUILLE DE L'ŒUF D'OISEAU. FIG. 40 – APPAREIL BRONCHIQUE DES OISEAUX. 29 FIG. 41 – CIRCUIT BRONCHIQUE CHEZ LE MANCHOT (EN HAUT) ET CHEZ LES AUTRES OISEAUX (EN BAS). FIG. 42 – RELATIONS ENTRE LES SACS AERIENS ET LES POUMONS CHEZ LES OISEAUX. 30 FIG. 43 – COMPARAISON DU SENS DES MOUVEMENTS DE CONVECTION VENTILATOIRE CHEZ LES MAMMIFERES ET LES OISEAUX. 31 FIG. 44 – CYCLE RESPIRATOIRE DES OISEAUX. 32 FIG. 45 – ORGANISATION DU CONTROLE DE LA RESPIRATION CHEZ L'HOMME. TABLEAU V REPONSES VENTILATOIRES DES ESPECES AQUATIQUES OU TERRESTRES. 33 FIG. 46 – L'EQUILIBRE ACIDO-BASIQUE CHEZ LES ANIMAUX TERRESTRES OU AQUATIQUES.