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appareil respiratoire

Système respiratoire des poissons
Système respiratoire des poissons

Ensemble des organes assurant les premières étapes de la respiration, c'est-à-dire la ventilation (mouvement de l'air dans les poumons) et l'hématose (transformation du sang veineux chargé de gaz carbonique en sang artériel chargé d'oxygène).

ZOOLOGIE

Les animaux unicellulaires (protozoaires), comme la paramécie, et certains pluricellulaires à l’organisation simple, tels les éponges (spongiaires) et les cnidaires, ou encore les organismes de très petite taille (comme les copépodes), ne possèdent pas d'appareil respiratoire. Chez les protozoaires, l’oxygène et le dioxyde de carbone traversent simplement la membrane cellulaire. Les spongiaires et les cnidaires possèdent des cellules spécialisées réparties sur tout le corps, dont la fonction est d'assurer les échanges gazeux entre le milieu extérieur et le milieu intérieur. Ceux-ci se font alors par simple diffusion au travers des téguments.

Chez les organismes plus complexes, les échanges ont lieu dans un organe particulier (trachée, branchies externe ou interne, poumon), dont la fonction est de capter l'oxygène et de rejeter le dioxyde de carbone. Les organes respiratoires présentent des formes et des structures variées selon la taille, l'état de développement – larvaire ou adulte –, mais surtout le milieu de vie – aérien ou aquatique – de l'animal.

Chez les vertébrés, branchies et poumons, fort dissemblables sur le plan anatomique, présentent des particularités communes, comme une riche vascularisation et un mince tégument favorisant les échanges avec l'extérieur. Leur analogie est plus frappante si l'on considère leur origine embryologique : ces deux types d'organes dérivent la partie pharyngienne du tube digestif, dont l'épithélium est d'origine endoblastique (l'endoblaste, ou endoderme, est l'un des trois feuillets qui composent l'embryon en développement, au stade de la gastrulation).

Différents types d’appareils respiratoires

Les branchies

De nombreuses lamelles très vascularisées

Une branchie est, en général, constituée par une succession de lamelles soudées à un arc branchial. Ces lamelles, richement vascularisées, possèdent de nombreux replis et ramifications qui augmentent la surface d'échange.

Le sens de circulation du sang dans les capillaires sanguins des replis est à contre-courant de la circulation de l'eau, afin d'extraire de 70 à 90 % de l'oxygène dissous (système 4 à 6 fois plus efficace que celui des oiseaux et des mammifères, mais l'air contient beaucoup plus d'oxygène que l'eau). La surface d'échange varie d'une espèce de poisson à l'autre : elle est de 0,25 cm2 par gramme d'animal chez les agnathes (poissons sans mâchoire, par exemple la myxine) ; de 1 à 4 chez les sélaciens (raies et requins) ; de 1 à 10 chez les ostéichtyens (poissons osseux).

Branchies externes et branchies internes

Les branchies externes se déploient sans protection dans l’eau, hors du corps de l’animal. On rencontre ce type de branchies chez divers invertébrés aquatiques comme les annélides (le spirographe par exemple), ainsi que chez les larves des amphibiens (têtards).

Les branchies sont dites internes lorsqu’elles sont couvertes et protégées par une pièce anatomique : repli de la carapace chez les crustacés, coquille et manteau chez les mollusques (chez lesquels les branchies se déploient dans la cavité palléale), arc branchial cartilagineux (un par branchie, séparé du suivant par une fente branchiale) chez les requins et les raies, opercule branchial osseux protégeant toutes les branchies chez les poissons osseux.

Le renouvellement de l’eau

Il est nécessaire que la qualité du milieu dans lequel baignent les branchies soit constante, aussi l'eau en contact avec les branchies est-elle régulièrement renouvelée. Afin d'optimiser les échanges gazeux, les branchies des larves aquatiques d'insectes ou de divers amphibiens sont animées de mouvements réguliers. Chez les mollusques aquatiques tels la moule, le renouvellement de l’eau est assuré par les mouvements des petits cils qui couvrent les branchies. Les poissons osseux, qui doivent faire circuler une grande quantité d'eau pour couvrir leur besoin en oxygène, effectuent des mouvements bucco-operculaires. Parfois, cette « ventilation » est assurée par le déplacement de l’animal dans l’eau : beaucoup d’espèces de requins doivent nager constamment, bouche ouverte ; immobilisés, ces requins s’asphyxient. En revanche, les requins qui vivent près du fond, où ils restent souvent immobiles, sont dotés de muscles qui contrôlent les fentes branchiales et dont les contractions assurent le déplacement de l’eau.

Les poumons

Un appareil respiratoire pulmonaire existe chez certains poissons ostéichtyens (polyptères, dipneustes [protoptères et barramunda]) – chez lesquels il complète un appareil branchial –, chez les invertébrés pulmonés (escargots terrestres, limaces), ainsi que chez tous les tétrapodes (amphibiens, reptiles, oiseaux, mammifères). Cependant, chez les amphibiens, seuls les adultes en sont pourvus (les larves ont des branchies externes). Le groupe des salamandres sans poumons – qui n’ont pas non plus de branchies – fait exception.

La surface d’échange à l’intérieur du poumon augmente au cours de l’évolution. Chez les amphibiens, le poumon est un simple sac rempli d’air, que l’animal renouvelle par simple déglutition. Les poumons des reptiles, des oiseaux et des mammifères présentent des replis ou des tubes (bronches) qui augmentent considérablement la surface respiratoire. Chez les oiseaux, les ramifications des bronches communiquent avec des sacs aériens, dont certains communiquent avec les cavités pneumatiques des os. (→ poumon.)

Les trachées

Le système trachéen est l’appareil respiratoire des insectes et d’autres arthropodes (myriapodes notamment). Il s’agit d’un réseau plus ou moins dense de conduits, les trachées, qui établissent une communication directe des tissus internes avec le milieu aérien. L'ouverture des trachées sur l'extérieur, au niveau de la carapace de l'animal, est contrôlée par des stigmates, sortes de valvules qui s'ouvrent ou se ferment selon les besoins : ainsi, ils interdisent l'entrée aux grains de poussière ou à l'eau, qui pourraient boucher les conduits.

Chaque trachée se termine par des canaux minuscules (un dixième de micron de diamètre), les trachéoles, qui entrent en contact avec les cellules, dans lesquelles ont lieu les échanges gazeux. Le renouvellement des gaz est alors assuré par simple diffusion des molécules. Les insectes de grande taille aspirent et rejettent l’air grâce à des contractions de leur corps.