Branchie et poumon : des interfaces avec convection des milieux extérieur et intérieur | ||
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Les Téléostéens et les Mammifères renouvellent respectivement l’eau et l’air présents au contact des surfaces d'échanges respiratoires. Ce mécanisme engendre une différence de pression partielle de dioxygène entre les milieux extérieur et intérieur. La pression partielle du dioxygène est plus importante à l’extérieur qu’à l’intérieur de l’organisme, autorisant la diffusion du dioxygène vers l’organisme. Le renouvellement du milieu extérieur assure le remplacement du dioxygène ayant diffusé.
La convection du milieu externe au contact de l'échangeur respiratoire est appelée ventilation et est réalisée différemment chez les Téléostéens et les Mammifères.
La ventilation des Téléostéens est divisée en deux phases.
Le passage de l’eau de la bouche vers les ouïes, orifices des cavités operculaires, est dû aux mouvements du plancher de la cavité buccale et des opercules. Ils provoquent l'augmentation ou la diminution de leur volume selon que les orifices sont ouverts ou fermés. En conséquence, la pression hydrostatique varie dans la cavité buccale et dans la cavité operculaire, et l’eau est aspirée ou expulsée.
Le milieu aquatique est dense et visqueux, le mettre en mouvement nécessite une dépense énergétique importante. Une ventilation unidirectionnelle dans laquelle l'eau parcourt un trajet une fois dans un seul sens permet de réduire la dépense énergétique.
Le sang et l’eau ne circulent pas dans le même sens, ce système contre-courant permet une meilleure extraction du dioxygène en maintenant une différence de pression partielle de dioxygène constante, sur toute la longueur de l'échangeur.
Grâce à la ventilation, les Téléostéens prélèvent efficacement du dioxygène dans un milieu extérieur relativement pauvre en ce gaz.
La ventilation chez les Mammifères est le renouvellement rythmique de l’air alvéolaire. Elle implique par des mouvements thoraciques et comporte deux phases : l’inspiration et l’expiration.
Lors de l’inspiration, le diaphragme s’abaisse et les muscles intercostaux se contractent : le volume de la cage thoracique augmente. Les plèvres enveloppent les poumons et assurent leur liaison dynamique avec le diaphragme et les muscles intercostaux. Ainsi l’expansion thoracique entraîne une augmentation du volume des poumons transmise par les plèvres. L’augmentation du volume provoque une baisse de pression du gaz alvéolaire. La pression alvéolaire devenant inférieure à la pression atmosphérique, l’air entre dans les poumons.
Lors de l’expiration, les muscles se relâchent et le diaphragme remonte. le volume de la cage thoracique puis des poumons diminue et ainsi la pression du gaz alvéolaire augmente. La pression alvéolaire devient supérieure à la pression atmosphérique, l’air est expulsé des poumons.
Chez la Souris par exemple, le volume d’air successivement inspiré et expiré est de 0,8 ml.
Chez les Mammifères le trajet de l’air est bidirectionnel : il entre puis sort par le même orifice.
Le sang est renouvelé au niveau des échangeurs respiratoires. De cette manière, la pression partielle du dioxygène à l’intérieur de l'organisme demeure plus faible qu'à l’extérieur. Ceci contribue à augmenter le flux entrant de dioxygène. Concernant le dioxyde de carbone, la pression partielle à l'intérieur de l'organisme est maintenue à un niveau plus élevé qu'à l'extérieur, et le flux sortant est favorisé.
Chez les Téléostéens comme chez les Mammifères, le dioxygène est pris en charge par l'hémoglobine des globules rouges du sang circulant sous la surface d'échanges des gaz respiratoires. La circulation du sang et la combinaison du dioxygène avec l'hémoglobine provoquent une diminution locale de la pression partielle de dioxygène du milieu intérieur.
Les relations entre convections externe et interne diffèrent entre Téléostéens et Mammifères. Chez les Téléostéens, la ventilation est unidirectionnelle. L'eau circule dans un sens entre les lamelles branchiales et contient relativement peu de dioxygène. Au sein des lamelles branchiales, le liquide interne circule dans le sens opposé de celui de l’eau : il s’agit d’un système à contre-courant. Ce système permet une capture efficace du dioxygène. Chez les Mammifères, la ventilation est bidirectionnelle. L'air parcourt le même trajet deux fois, et il n'existe pas de sens de circulation particulier du sang par rapport à l'air. Ce système est moins efficace que celui des Téléostéens, mais la richesse de l'air en dioxygène permet un apport suffisant.