Influence du milieu de vie

Influence du milieu de vie

Nécessité des échanges gazeux respiratoires

Vue d ensemble

La diffusion et la première loi de Fick

loi de Fick Autre forme de la loi de Fick = on utilise pas le coefficient de diffusion D mais la constante de diffusion K Cela permet d utiliser non pas la différence de concentration dc/dx mais la différence de pression partielle (PO2 par exemple) plus facile à déterminer dans des expériences de physiologie.

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 =160 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

Limite de diffusion de l O2 depuis la surface vers le centre d un organisme hypothétique sphérique : L = 6K.PO 2 VO 2 Avec L = diamètre de la sphère K = constante de diffusion de Krogh PO2 = pression partielle en O2 à la surface de la sphère Selon Harvey => diamètre ne peut excéder 2mm de diamètre pour un apport en O2 suffisant.

Surface respiratoire et loi de Fick Surface d échange : favoriser faible épaisseur et surface importante

Tégument seul échangeur Organisme de petite taille Diploblastiques (toutes les cellules en contact avec le milieu) Organisme aplatie (vers plats)

Tégument : surface d appoint Amphibiens peau très vascularisée Activité faible en hiver et echange tégumentaire suffisant Certaines salamandres sans poumons de même que grenouille du lac Titikaka Certains serpents marins

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

Surfaces d échanges spécialisées

Branchies filamenteuses Ex : ecrevisse, annélides polychètes (arénicole)

Branchies lamelleuses

Poumons sacculaires des amphibiens

Poumons parenchymateux des mammifères

Poumons tubulaires des oiseaux

Les trachées

Respiration mixte chez les araignées

Convection de fluides de part et d autre de l échangeur

Surface respiratoire et loi de Fick Maintenir une différence de pression partielle importante entre les 2 milieux

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

Mécanisme ventilatoire 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

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

Transport des gaz respiratoires

Les pigments respiratoires

Pigments respiratoires

Hémoglobine

Capacité oxyphorique de Hb : 1,31 ml/g Hb Quantité d O2 transportable par Hb : 1,31 x 150 = 200 ml/l sang Transport total : (200 ml/l + 3mL/L) x 5L/min = 1016 ml O2/min Besoin de 250 ml/min => sang veineux contient encore les ¾ de l oxygène (saturé à 75%)

Courbe de dissociation de l Hb (courbe debarcroft) Courbe = sigmoïde Fixation qui s amplifie lorsque la PO2 augmente P50 (PO2 a 50% de saturation : 2 mmhg) Sigmoide = effet allostérique

Myoglobine vs Hb Haute affinité pour l O2 : P50 < 5mmHg Favorise le transfert de l O2 de l oxyhb vers la Mb Constitution d un stock intermédiaire d O2 disponible pour le muscle Neuroglobine (Ngb) : P50 entre 1,9 et 2,3 mmhg, spécifique des tissus nerveux, facilite le passage de l O2 au travers la barrière hématoencéphalique

Déplacement courbe vers la gauche : affinité accrue pour l O2 : favorise la captation pulmonaire mais empêche la libération tissulaire Déplacement courbe droite : baisse affinité pour l O2

La courbe de dissociation d un échantillon dépend de différents facteurs: - Température - ph - Dioxyde de carbone - Dérivés des phosphates inorganiques - Ions inorganiques

EFFET CO2 ET BPG CO2 et BPG diminue affinité pour Hb Additivité des effets : suggère que ces effets sont indépendant Hb + CO2 et BPG ressemble a courbe sang entier : ces 2 substances normalement présente dans l environnement de l Hb

Mode d action du BPG BPG => stabilise la forme T donc empêche la transition allostérique T=> R Une fois ES3 formé, BPG ne peut plus se placer dans la poche

Effet du ph Effet Bohr : Baisse du ph entraîne décalage vers la droite Pour une même PO2, moins d O2 fixé Favorise la libération de l O2 au niveau des tissus rendus acide par libération de CO2 (CO2 + H2O HCO3- + H+) ou d acide lactique

Effet de la PCO2 Effet du CO2 à ph constant : Baisse affinité de Hb pour l O2 Liée à la fixation du CO2 sur les amines terminales des globines (cf infra)

Effet de la température Hausse de la température décale courbe vers droite => baisse affinité : libération d O2 au niveau des muscles durant l effort.

Effet de l altitude Plus forte affinité pour l O2 pour les espèces d altitude Cette différence est d origine génétique Lama : 6000 m d altitude : PO2 est de 84 mmhg avec dilution dans poumon etc, PO2 alvéolaire est environ de 55 mmhg => saturation de 95 % (contre 80% pour mammifère std)

Effet de l altitude chez l Homme Altitude augmente [DPG] dans GR chez l homme (réponse a hypoxie) Paradoxe : adaptation contraire a ce qu on trouve chez les oiseaux (courbe déplacé vers la gauche? ) Réponse différente : hausse de l affinité = prise O2 plus efficace Courbe décalée vers la droite : favorise libération O2 dans les tissus

Hb fœtal et maternel Courbe de dissociation du sang fœtal est décalé a gauche (hausse P50) : facilite la prise de O2 Nature différente de Hb Teneur différente en DPG Courbe de la mère est déplacé vers la droite