| La circulation sanguine double : une distribution du sang dans un double circuit | ||
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À la différence du milieu aquatique, le milieu aérien est peu porteur. En raison de sa faible densité, la poussée d’Archimède y est faible et les effets de la gravité plus sensibles.
Les Vertébrés aériens sont représentés en particulier par les Mammifères comme la Souris et les Oiseaux comme la Mésange.
La circulation sanguine double : deux circuits disposés en série
L’exemple de la Souris permet de décrire les modalités de la circulation chez les Vertébrés aériens.
Copyright : 2019 Marc Second Sandrine Heusser
Cette illustration est mise à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons Attribution – Pas d’Utilisation Commerciale – Partage dans les mêmes conditions 4.0 International.
Chez la Souris, exemple de Mammifère, le cœur est situé en position centrale et ventrale, dans le thorax.
À l’avant, il est relié à deux vaisseaux artériels principaux :
- le tronc pulmonaire, à l’origine d’une artère pulmonaire droite et d’une artère pulmonaire gauche, acheminant le sang aux poumons ;
- l’artère aorte courbée en une crosse, dorsale et courant sur la gauche du cœur, d’où émanent des artères irriguant les autres organes comme les artères carotides alimentant la région céphalique, les artères sous-clavières les membres antérieurs, l’artère mésentérique l’intestin, les artères rénales les reins et les artères iliaques les membre postérieurs.
Dorsalement des veines ramènent le sang au cœur. Les veines pulmonaires drainent le sang des poumons et débouchent sur la gauche du cœur, les veines caves acheminent le sang des autres organes et s’ouvrent sur la droite du cœur.
Dans un tel appareil, le sang pauvre en dioxygène et riche en dioxyde de carbone est propulsé par le cœur dans le tronc pulmonaire. Dans les vaisseaux capillaires pulmonaires, il se charge en dioxygène et perd son dioxyde de carbone avant de retourner au cœur par l’intermédiaire des veines pulmonaires.
Le sang hématosé est alors propulsé dans l’artère aorte et distribué aux autres organes. Dans leurs vaisseaux capillaires, il est perd son dioxygène et se charge en dioxyde de carbone.
Il est épuré dans les reins par un processus de filtration et enrichi par les nutriments absorbés par l’intestin, acheminés au foie par le système porte hépatique et traités avant que le sang retourne au cœur.
Il est ensuite ramené au cœur par les veines caves
Dans un tel appareil, le sang emprunte deux circuits disposés en série : le circuit pulmonaire et le circuit systémique. Il traverse le cœur deux fois avant d’avoir accompli la totalité de son parcours.
La circulation est en conséquence qualifiée de double.
Le Oiseaux partagent avec les Mammifères une double circulation. Le sang provenant du cœur est hématosé dans les poumons avant de retourner au cœur et d’irriguer les autres organes.
Quelques différences distinguent les appareils circulatoires des Oiseaux et des Mammifères : chez les Oiseaux, la crosse de l’artère aorte court dorsalement du côté droit du cœur. Elle irrigue en particulier les ailes via les artères brachiales et les muscles du vol via les artères pectorales.
Comment la double circulation est-elle rendue possible ?
La circulation sanguine double : une propulsion du sang par un cœur cloisonné
Copyright : 2019 Sandrine Heusser
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Le cœur de la Souris apparaît constitué, du point de vue anatomique et en première approximation, de trois ensembles :
- une poche antérieure gauche, rouge sombre, appelée atrium gauche ;
- une poche similaire située à droite, dite atrium droit ;
- une masse pyramidale postérieure divisée en deux parties distinctes par leurs couleurs, claire à gauche et foncée à droite.
Copyright : 2019 Sandrine Heusser
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L’organisation du cœur peut être précisée grâce à une coupe longitudinale. Il est formé de quatre cavités communiquant deux à deux : atrium et ventricule gauches, atrium et ventricule droits. Les compartiments gauche et droit sont isolés par une cloison interatriale et interventriculaire. Les atriums correspondent aux poches antérieures et les ventricules aux deux régions de la pyramide, distinctes anatomiquement par leurs couleurs.
L’atrium gauche reçoit les veines pulmonaires et le ventricule gauche propulse le sang dans l’artère aorte. L’atrium droit reçoit le sang des veines caves et le ventricule droit le propulse dans le tronc pulmonaire. Le flux sanguin est orienté par des valves atrioventriculaires situées entre atriums et ventricules et des valves ventriculoartérielles localisées entre ventricules et artères.
Ainsi la double circulation des Mammifères est accompagnée d’un cloisonnement du cœur en une moitié gauche, parcourue par du sang hématosé, et une moitié droite dans laquelle circule du sang non hématosé. Une telle organisation empêche le mélange du sang hématosé avec le sang non hématosé. Il en va de même chez les Oiseaux.
La paroi des atriums et des ventricules est formée de muscle strié et possède des propriétés contractiles.
De la même manière que chez les Téléostéens, le cycle cardiaque est constitué d’une alternance de phases de diastole et de systole, affectant simultanément les moitiés gauche et droite du cœur.
La diastole correspond à un relâchement de la musculature engendrant une augmentation du volume de la cavité cardiaque et la systole à une contraction générant une diminution de son volume.
La diastole atriale coïncide avec le remplissage des atriums. Le sang accumulé dans les atriums exerce une pression sur les valves atrioventriculaires et provoque leur ouverture.
Le sang est alors déversé dans les ventricules, en phase de diastole également.
La systole des atriums intervient ensuite, accentuant le remplissage des ventricules. Alors que les ventricules débutent leur contraction, les atriums retrouvent un état relâché.
La systole ventriculaire est à l’origine d’une augmentation de la pression interne. Exercée sur les valves atrioventriculaires, elle provoque leur fermeture. Inversement, elle provoque l’ouverture des valves ventriculoartérielles. Le sang est alors propulsé dans les artères puis les ventricules se relâchent et les valves ventriculoartérielles se ferment.
Du fait de l’élasticité de leur paroi, les troncs artériels contribuent à régulariser le flux sanguin.
Ainsi, la circulation est double dans le cas des Mammifères, comme dans le cas des Oiseaux. Les réseaux capillaires de l’appareil respiratoire et des autres appareils sont disposés en série, mais chaque circuit est muni de son propre dispositif de propulsion en raison du cloisonnement du cœur.
Si la pression dans le circuit pulmonaire est relativement faible en relation avec une résistance vasculaire peu importante, autorisant des échanges gazeux respiratoires efficaces, elle est plus élevée dans le circuit systémique, permettant de contrecarrer les effets de la gravité et de contrôler le débit dans les organes.
Une telle circulation peut être mise en perspective du métabolisme important des Mammifères et des Oiseaux, lié en particulier à leur homéothermie.
La fréquence cardiaque au sein de ces groupes est très variable d’une espèce à l’autre. Dans l’espèce humaine elle est par exemple de 70 battements par minute environ, contre 970 battements par minute chez les Chauves-Souris (Chiroptères). De même elle est de 140 battements par minute chez l’Autruche et de 800 à 1000 battements par minute chez la Mésange.
La fréquence cardiaque est généralement plus élevée chez les animaux de petite taille que chez les animaux de grande taille. Elle dépend également de l’activité et de la dépense métabolique correspondante. Le vol des Oiseaux est par exemple un mode de déplacement requérant une important quantité d’énergie. La fréquence cardiaque de ces animaux est de manière générale supérieure à celle des Mammifères, leur cœur plus volumineux et la pression sanguine plus élevée.
La circulation double des Mammifères peut être représentée comme ci-dessous.
Copyright : 2019 Sandrine Heusser
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La circulation chez les Mammifères et les Oiseaux est donc réalisée selon deux circuits, pulmonaire et systémique, chacun disposant de son propre dispositif de propulsion grâce au cloisonnement du cœur.
Les propriétés des vaisseaux constituant les deux circuits déterminent des pressions différentes, relativement faible dans le circuit pulmonaire et élevée dans le circuit systémique. Elles contribuent à améliorer les échanges entre le sang et le milieu ou les organes pour une dépense énergétique réduite. Un métabolisme élevé est ainsi rendu possible.
La double circulation apparaît comme une adaptation à la vie en milieu aérien. Or, le groupe des Vertébrés a pris naissance en milieu aquatique et ses premiers représentants possédaient vraisemblablement une circulation simple.
Comment la double circulation a-t-elle été mise en place à partir de la circulation simple ?