respiration_2014_PAR..
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LA RESPIRATION CHEZ LES ANIMAUX Partie 1 INTRODUCTION Pourquoi respirer : vue d’ensemble Aspect quantitatif Respirer dans l’air… • • • • 20.95 % d’O2 0.03% CO2 78.09% N2 0.93% Ar • Patm diminue avec altitude mais composition en gaz constante • Patm = 760 mmHg • PO2=760*20.95/100=1 60 mmHg (0.21 atm) • Eau joue un rôle dans la pression partielle : 5% de vapeur d’H2O = Pression des autres gaz = 722 mmHg => PO2 = 150 mmHg • => diminution de la PO2 en fonction de la T°C qui modifie la quantité de vapeur d’eau Respirer dans l’eau… • Solubilité des gaz dépend de la loi de Henry • Cx = ax x Px • coefficient de solubilité ax = f(gaz , T°C, S%, milieu) PO2=0.21 atm PO2=0.21 atm Comparaison eau/air Première loi de Fick • Vitesse de diffusion d’un soluté/gaz à travers une surface A est donnée par la relation • D : coefficient de diffusion DO2,air= 0,196 cm2.s-1 DO2,eau= 0,10000183 cm2.s-1 Première loi de Fick • Autre forme de loi de Fick plus adaptée à la physiologie respiratoire • • • • • x : flux de gaz(mol.s-1) K : constante de Krogh S : Surface de l’échangeur E : épaisseur surface d’échange Px : différence de pression partielle Limite de diffusion • Limite de diffusion théorique du O2 depuis surface vers centre organisme sphérique – L : diamètre – K : constante de Krogh – PO2 : pression partielle O2 • Calcul : diamètre max de 2 mm Surface d’échange • Caractéristiques d’une surface d’échange : – Faible épaisseur – Surface importante UNITE ET DIVERSITE DES SURFACES D’ECHANGES RESPIRATOIRES Tégument seul échangeur • Pas d’organe spécialisé dans la respiration – Si diamètre ou distance de diffusion < 2 mm – Si besoin O2 faible Tégument seul échangeur • Pas de poumons pour : – Salamandre : plethodontidae – Grenouille : Barbourula kalimantanensis (Bornéo) Tégument = surface d’appoint • Amphibiens peau très vascularisée et fine • Grenouille du lac Titikaka (Tematobius culeus) : replis cutané • Certains serpents marins • Poissons • Chauve souris : élimination CO2 par les ailes • Grenouille : part relative respiration cutanée vs pulmonaire varie avec saison… • Activité faible en hiver => échange tégumentaire suffisant Les limites de l’échangeur tégumentaire • Augmentation du rapport volume/surface important avec augmentation de la taille • Nécessité d’autre surface d’échange que le tégument seul : surface respiratoire spécialisée Taille d Surface d2 Volume d3 1 1 1 2 4 8 4 16 64 8 64 512 16 256 4096 32 1024 32768 Surfaces d’échanges spécialisées Branchies filamenteuses externes • Arénicole : ver de vase • Ver annélide polychète Autre ex chez larve Autres exemples branchies externes Branchies filamenteuses internes Branchies internes : filamenteuses ou lamellaires Branchies lamellaires Poumons sacculaires des amphibiens Poumons parenchymateux des mammifères Poumons tubulaires des oiseaux parabronches Les trachées RENOUVELLEMENT DES FLUIDES Surface d’échange respiratoire et loi de Fick Maintenir une différence de pression partielle importante entre les 2 milieux Convection de fluides de part et d’autre de l’échangeur Convection du milieu extérieur • Ventiler l’eau au niveau des branchies : – Agiter les branchies dans l’eau – Faire circuler l’eau dans les branchies • Ventiler l’air dans les poumons : mouvements bidirectionnels Ventilation chez le poisson • Augmentation volume de la cavité buccale par abaissement du plancher buccal et de la mâchoire • Augmentation du volume operculaire par mouvement des opercules • Variation de volumes entraînent des différences de pression Ventilation chez la grenouille Ventilation pulmonaire Ventilation chez les oiseaux Contrôle de la ventilation Certains poissons nagent bouche ouverte : pas de pompage et pas de mouvements operculaires D’autres passent de la ventilation périodique à la ventilation continu en fonction de la vitesse de nage Autres solutions : immobilité dans un milieu agité (requin) Flux continu = économie d’énergie Ventilation en fonction de la teneur en O2 du milieu Contrôle ventilatoire chez l’Homme Reflexe de Hering Breuer Effet du CO2 et de l’O2 sur la ventilation pulmonaire Convection du milieu intérieur • Voir circulation Circulation a contre courant
