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40.1 : Présentation du système circulatoire - Biologie

40.1 : Présentation du système circulatoire - Biologie



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Compétences à développer

  • Décrire un système circulatoire ouvert et fermé
  • Décrire le liquide interstitiel et l'hémolymphe
  • Comparer et contraster l'organisation et l'évolution du système circulatoire des vertébrés.

Chez tous les animaux, à l'exception de quelques types simples, le système circulatoire est utilisé pour transporter les nutriments et les gaz à travers le corps. La diffusion simple permet un échange d'eau, de nutriments, de déchets et de gaz dans des animaux primitifs qui n'ont que quelques couches cellulaires d'épaisseur ; cependant, le flux en vrac est la seule méthode par laquelle le corps entier d'organismes plus grands et plus complexes est accessible.

Architecture du système circulatoire

Le système circulatoire est en fait un réseau de vaisseaux cylindriques : les artères, les veines et les capillaires qui émanent d'une pompe, le cœur. Dans tous les organismes vertébrés, ainsi que chez certains invertébrés, il s'agit d'un système en boucle fermée, dans lequel le sang n'est pas libre dans une cavité. Dans un système circulatoire fermé, le sang est contenu à l'intérieur des vaisseaux sanguins et circule de manière unidirectionnelle depuis le cœur autour de la voie circulatoire systémique, puis retourne à nouveau vers le cœur, comme illustré à la figure (PageIndex{1})a. Contrairement à un système fermé, les arthropodes, y compris les insectes, les crustacés et la plupart des mollusques, ont un système circulatoire ouvert, comme illustré à la figure (PageIndex{1})b. Dans un système circulatoire ouvert, le sang n'est pas enfermé dans les vaisseaux sanguins mais est pompé dans une cavité appelée hémocèle et s'appelle hémolymphe car le sang se mélange au liquide interstitiel. Au fur et à mesure que le cœur bat et que l'animal bouge, l'hémolymphe circule autour des organes à l'intérieur de la cavité corporelle, puis rentre dans le cœur par des ouvertures appelées ostia. Ce mouvement permet l'échange de gaz et de nutriments. Un système circulatoire ouvert n'utilise pas autant d'énergie qu'un système fermé pour fonctionner ou pour entretenir ; cependant, il y a un compromis avec la quantité de sang qui peut être déplacée vers les organes et les tissus métaboliquement actifs qui nécessitent des niveaux élevés d'oxygène. En fait, l'une des raisons pour lesquelles les insectes dont l'envergure des ailes peut atteindre 70 cm de large n'existent pas aujourd'hui est probablement parce qu'ils ont été vaincus par l'arrivée des oiseaux il y a 150 millions d'années. On pense que les oiseaux, ayant un système circulatoire fermé, se sont déplacés plus agilement, leur permettant d'obtenir de la nourriture plus rapidement et éventuellement de s'attaquer aux insectes.

Variation du système circulatoire chez les animaux

Le système circulatoire varie de systèmes simples chez les invertébrés à des systèmes plus complexes chez les vertébrés. Les animaux les plus simples, tels que les éponges (Porifera) et les rotifères (Rotifera), n'ont pas besoin d'un système circulatoire car la diffusion permet un échange adéquat d'eau, de nutriments et de déchets, ainsi que des gaz dissous, comme le montre la figure (PageIndex {2})a. Les organismes plus complexes mais qui n'ont encore que deux couches de cellules dans leur corps, comme les gelées (Cnidaria) et les gelées en peigne (Ctenophora) utilisent également la diffusion à travers leur épiderme et à l'intérieur à travers le compartiment gastro-vasculaire. Leurs tissus internes et externes baignent dans un environnement aqueux et échangent des fluides par diffusion des deux côtés, comme illustré sur la figure (PageIndex{2})b. L'échange de fluides est assisté par la pulsation du corps de la méduse.

Pour les organismes plus complexes, la diffusion n'est pas efficace pour recycler efficacement les gaz, les nutriments et les déchets à travers le corps ; par conséquent, des systèmes circulatoires plus complexes ont évolué. La plupart des arthropodes et de nombreux mollusques ont un système circulatoire ouvert. Dans un système ouvert, un cœur battant allongé pousse l'hémolymphe à travers le corps et les contractions musculaires aident à déplacer les fluides. Les crustacés plus gros et plus complexes, y compris les homards, ont développé des vaisseaux de type artériel pour pousser le sang dans leur corps, et les mollusques les plus actifs, tels que les calmars, ont développé un système circulatoire fermé et sont capables de se déplacer rapidement pour attraper leurs proies. Les systèmes circulatoires fermés sont une caractéristique des vertébrés; cependant, il existe des différences significatives dans la structure du cœur et la circulation du sang entre les différents groupes de vertébrés en raison de l'adaptation au cours de l'évolution et des différences anatomiques associées. La figure (PageIndex{3}) illustre les systèmes circulatoires de base de certains vertébrés : poissons, amphibiens, reptiles et mammifères.

Comme illustré dans la figure (PageIndex{3})a Les poissons ont un seul circuit pour le flux sanguin et un cœur à deux chambres qui n'a qu'une seule oreillette et un seul ventricule. L'oreillette recueille le sang qui est revenu du corps et le ventricule pompe le sang vers les branchies où se produisent les échanges gazeux et le sang est réoxygéné; c'est ce qu'on appelle la circulation branchiale. Le sang continue ensuite à travers le reste du corps avant de revenir à l'oreillette ; c'est ce qu'on appelle la circulation systémique. Ce flux sanguin unidirectionnel produit un gradient de sang oxygéné à désoxygéné autour du circuit systémique du poisson. Le résultat est une limite de la quantité d'oxygène qui peut atteindre certains organes et tissus du corps, réduisant la capacité métabolique globale des poissons.

Chez les amphibiens, les reptiles, les oiseaux et les mammifères, le flux sanguin est dirigé dans deux circuits : l'un à travers les poumons et vers le cœur, appelé circulation pulmonaire, et l'autre dans le reste du corps et ses organes, y compris le cerveau ( circulation systémique). Chez les amphibiens, les échanges gazeux se produisent également à travers la peau pendant la circulation pulmonaire et sont appelés circulation pulmocutanée.

Comme le montre la figure (PageIndex{3})b, les amphibiens ont un cœur à trois chambres qui a deux oreillettes et un ventricule plutôt que le cœur à deux chambres du poisson. Les deux oreillettes (chambres cardiaques supérieures) reçoivent le sang des deux circuits différents (les poumons et les systèmes), puis il y a un certain mélange du sang dans le ventricule cardiaque (chambre cardiaque inférieure), ce qui réduit l'efficacité de l'oxygénation. L'avantage de cet arrangement est qu'une pression élevée dans les vaisseaux pousse le sang vers les poumons et le corps. Le mélange est atténué par une crête dans le ventricule qui détourne le sang riche en oxygène à travers le système circulatoire systémique et le sang désoxygéné vers le circuit pulmocutané. Pour cette raison, les amphibiens sont souvent décrits comme ayant une double circulation.

La plupart des reptiles ont également un cœur à trois chambres similaire au cœur des amphibiens qui dirige le sang vers les circuits pulmonaires et systémiques, comme le montre la figure (PageIndex{3})c. Le ventricule est divisé plus efficacement par un septum partiel, ce qui entraîne moins de mélange de sang oxygéné et désoxygéné. Certains reptiles (alligators et crocodiles) sont les animaux les plus primitifs à présenter un cœur à quatre chambres. Les crocodiliens ont un mécanisme circulatoire unique où le cœur dirige le sang des poumons vers l'estomac et d'autres organes pendant de longues périodes de submersion, par exemple, pendant que l'animal attend une proie ou reste sous l'eau en attendant que la proie pourrisse. Une adaptation comprend deux artères principales qui partent de la même partie du cœur : l'une transporte le sang vers les poumons et l'autre fournit une route alternative vers l'estomac et d'autres parties du corps. Deux autres adaptations comprennent un trou dans le cœur entre les deux ventricules, appelé foramen de Panizza, qui permet au sang de passer d'un côté du cœur à l'autre, et un tissu conjonctif spécialisé qui ralentit le flux sanguin vers les poumons. Ensemble, ces adaptations ont fait des crocodiles et des alligators l'un des groupes d'animaux les plus évolutifs sur terre.

Chez les mammifères et les oiseaux, le cœur est également divisé en quatre chambres : deux oreillettes et deux ventricules, comme illustré à la figure 40.1.3d. Le sang oxygéné est séparé du sang désoxygéné, ce qui améliore l'efficacité de la double circulation et est probablement nécessaire au mode de vie à sang chaud des mammifères et des oiseaux. Le cœur à quatre chambres des oiseaux et des mammifères a évolué indépendamment d'un cœur à trois chambres. L'évolution indépendante d'un trait biologique identique ou similaire est appelée évolution convergente.

Sommaire

Chez la plupart des animaux, le système circulatoire est utilisé pour transporter le sang à travers le corps. Certains animaux primitifs utilisent la diffusion pour l'échange d'eau, de nutriments et de gaz. Cependant, les organismes complexes utilisent le système circulatoire pour transporter les gaz, les nutriments et les déchets à travers le corps. Les systèmes circulatoires peuvent être ouverts (mélangés au liquide interstitiel) ou fermés (séparés du liquide interstitiel). Les systèmes circulatoires fermés sont une caractéristique des vertébrés; cependant, il existe des différences significatives dans la structure du cœur et la circulation du sang entre les différents groupes de vertébrés en raison des adaptations au cours de l'évolution et des différences anatomiques associées. Les poissons ont un cœur à deux chambres avec une circulation unidirectionnelle. Les amphibiens ont un cœur à trois chambres, qui a un certain mélange de sang, et ils ont une double circulation. La plupart des reptiles non aviaires ont un cœur à trois chambres, mais le sang se mélange peu ; ils ont une double circulation. Les mammifères et les oiseaux ont un cœur à quatre chambres sans mélange du sang et une double circulation.

Glossaire

atrium
(pluriel : oreillettes) chambre du cœur qui reçoit le sang des veines et envoie le sang aux ventricules
système circulatoire fermé
système dans lequel le sang est séparé du liquide interstitiel corporel et contenu dans les vaisseaux sanguins
double circulation
circulation du sang dans deux circuits : le circuit pulmonaire à travers les poumons et le circuit systémique à travers les organes et le corps
circulation branchiale
système circulatoire spécifique aux animaux avec des branchies pour les échanges gazeux; le sang circule dans les branchies pour l'oxygénation
hémocèle
cavité dans laquelle le sang est pompé dans un système circulatoire ouvert
hémolymphe
mélange de sang et de liquide interstitiel que l'on trouve chez les insectes et autres arthropodes ainsi que la plupart des mollusques
liquide interstitiel
fluide entre les cellules
système circulatoire ouvert
système dans lequel le sang est mélangé au liquide interstitiel et recouvre directement les organes
ostium
(pluriel : ostia) trous entre les vaisseaux sanguins qui permettent le mouvement de l'hémolymphe à travers le corps des insectes, des arthropodes et des mollusques avec des systèmes circulatoires ouverts
circulation pulmocutanée
système circulatoire chez les amphibiens; le flux sanguin vers les poumons et la peau humide pour les échanges gazeux
circulation pulmonaire
flux de sang s'éloignant du cœur à travers les poumons où l'oxygénation se produit, puis retourne au cœur
circulation systémique
écoulement du sang du cœur vers le cerveau, le foie, les reins, l'estomac et d'autres organes, les membres et les muscles du corps, puis le retour de ce sang vers le cœur
circulation unidirectionnelle
circulation du sang dans un seul circuit; se produit chez les poissons où le sang circule à travers les branchies, puis traverse les organes et le reste du corps, avant de retourner au cœur
ventricule
(cœur) grande chambre inférieure du cœur qui pompe le sang dans les artères

40.1 : Présentation du système circulatoire - Biologie

Le système circulatoire est un réseau de vaisseaux sanguins fournissant au corps de l'oxygène et des nutriments, tout en éliminant le dioxyde de carbone et les déchets.

Objectifs d'apprentissage

Décrire les propriétés de base des systèmes circulatoires

Points clés à retenir

Points clés

  • Le cœur est au cœur du système circulatoire car c'est la pompe de la taille d'un poing qui fait circuler le sang dans tout le corps.
  • Au fur et à mesure que les animaux sont devenus plus complexes et multicellulaires, le système circulatoire a évolué parce que la simple diffusion était insuffisante pour alimenter toutes les cellules en nutriments.
  • La coordination du système circulatoire et du système respiratoire pour assurer un bon échange gazeux est très importante chez les animaux qui ont des poumons et des branchies.

Mots clés

  • respiration: le processus par lequel les cellules obtiennent de l'énergie chimique par la consommation d'oxygène et la libération de dioxyde de carbone le processus d'inspiration et d'expiration de la respiration
  • cardiaque: relatif au coeur

La plupart des animaux sont des organismes multicellulaires complexes qui nécessitent un mécanisme pour transporter les nutriments dans tout leur corps et pour éliminer les déchets. Le système circulatoire a évolué au fil du temps, passant d'une simple diffusion à travers les cellules, au début de l'évolution des animaux, à un réseau complexe de vaisseaux sanguins qui atteignent toutes les parties du corps humain. Ce vaste réseau alimente les cellules, les tissus et les organes en oxygène et en nutriments, tout en éliminant le dioxyde de carbone et les déchets, les sous-produits de la respiration. Le système circulatoire peut être considéré comme un système routier qui traverse tout le corps.

Le système circulatoire est analogue à un système routier: Tout comme les systèmes routiers transportent les personnes et les marchandises à travers un réseau complexe, le système circulatoire transporte les nutriments, les gaz et les déchets dans tout le corps de l'animal.

Au cœur du système circulatoire humain se trouve le cœur. De la taille d'un poing fermé, le cœur humain est protégé sous la cage thoracique. Fait de muscle cardiaque spécialisé et unique, il pompe le sang dans tout le corps et vers le cœur lui-même. Les contractions cardiaques sont entraînées par des impulsions électriques intrinsèques que le cerveau et les hormones endocriniennes aident à réguler. Comprendre l'anatomie et la fonction de base du cœur est important pour comprendre les systèmes circulatoire et respiratoire du corps.

Cœur humain: Le cœur est au cœur du système circulatoire humain, car il pompe le sang dans tout le corps.

Les échanges gazeux sont une fonction essentielle du système circulatoire. Un système circulatoire n'est pas nécessaire dans les organismes sans organes respiratoires spécialisés, tels que les organismes unicellulaires, car l'oxygène et le dioxyde de carbone diffusent directement entre leurs tissus corporels et l'environnement extérieur. Cependant, dans les organismes qui possèdent des poumons et des branchies, l'oxygène doit être transporté de ces organes respiratoires spécialisés vers les tissus corporels via un système circulatoire. Par conséquent, les systèmes circulatoires ont dû évoluer pour s'adapter à la grande diversité de tailles et de types corporels présents chez les animaux.


Variation du système circulatoire chez les animaux

Le système circulatoire varie de systèmes simples chez les invertébrés à des systèmes plus complexes chez les vertébrés. Les animaux les plus simples, tels que les éponges (Porifera) et les rotifères (Rotifera), n'ont pas besoin d'un système circulatoire car la diffusion permet un échange adéquat d'eau, de nutriments et de déchets, ainsi que des gaz dissous, comme le montre la [Figure 2]une. Les organismes plus complexes mais qui n'ont encore que deux couches de cellules dans leur corps, comme les gelées (Cnidaria) et les gelées en peigne (Ctenophora) utilisent également la diffusion à travers leur épiderme et à l'intérieur à travers le compartiment gastro-vasculaire. Leurs tissus internes et externes sont baignés dans un environnement aqueux et échangent des fluides par diffusion des deux côtés, comme illustré dans [Figure 2]b. L'échange de fluides est assisté par la pulsation du corps de la méduse.

Figure 2 : Les animaux simples constitués d'une seule couche cellulaire telle que (a) l'éponge ou seulement quelques couches cellulaires telles que la (b) méduse n'ont pas de système circulatoire. Au lieu de cela, les gaz, les nutriments et les déchets sont échangés par diffusion.

Pour les organismes plus complexes, la diffusion n'est pas efficace pour recycler efficacement les gaz, les nutriments et les déchets à travers le corps, par conséquent, des systèmes circulatoires plus complexes ont évolué. La plupart des arthropodes et de nombreux mollusques ont un système circulatoire ouvert. Dans un système ouvert, un cœur battant allongé pousse l'hémolymphe à travers le corps et les contractions musculaires aident à déplacer les fluides. Les crustacés plus gros et plus complexes, y compris les homards, ont développé des vaisseaux de type artériel pour pousser le sang dans leur corps, et les mollusques les plus actifs, tels que les calmars, ont développé un système circulatoire fermé et sont capables de se déplacer rapidement pour attraper leurs proies. Les systèmes circulatoires fermés sont une caractéristique des vertébrés, cependant, il existe des différences significatives dans la structure du cœur et la circulation sanguine entre les différents groupes de vertébrés en raison de l'adaptation au cours de l'évolution et des différences anatomiques associées. [Figure 3] illustre les systèmes circulatoires de base de certains vertébrés : poissons, amphibiens, reptiles et mammifères.

Figure 3 : (a) Les poissons ont les systèmes circulatoires les plus simples des vertébrés : le sang circule de manière unidirectionnelle du cœur à deux chambres à travers les branchies, puis le reste du corps. (b) Les amphibiens ont deux voies circulatoires : une pour l'oxygénation du sang à travers les poumons et la peau, et l'autre pour transporter l'oxygène vers le reste du corps. Le sang est pompé à partir d'un cœur à trois chambres avec deux oreillettes et un seul ventricule. (c) Les reptiles ont également deux voies circulatoires, cependant, le sang n'est oxygéné que par les poumons. Le cœur est à trois chambres, mais les ventricules sont partiellement séparés, de sorte qu'un mélange de sang oxygéné et désoxygéné se produit, sauf chez les crocodiliens et les oiseaux. (d) Les mammifères et les oiseaux ont le cœur le plus efficace avec quatre chambres qui séparent complètement le sang oxygéné et désoxygéné, il ne pompe que du sang oxygéné à travers le corps et du sang désoxygéné vers les poumons.

Comme illustré dans [Figure 3]une Les poissons ont un seul circuit pour la circulation sanguine et un cœur à deux chambres qui n'a qu'une seule oreillette et un seul ventricule. L'oreillette recueille le sang qui est revenu du corps et le ventricule pompe le sang vers les branchies où se produisent les échanges gazeux et le sang est réoxygéné, c'est ce qu'on appelle la circulation branchiale. Le sang continue ensuite à travers le reste du corps avant de revenir à l'oreillette, c'est ce qu'on appelle la circulation systémique. Ce flux sanguin unidirectionnel produit un gradient de sang oxygéné à désoxygéné autour du circuit systémique du poisson. Le résultat est une limite de la quantité d'oxygène qui peut atteindre certains organes et tissus du corps, réduisant la capacité métabolique globale des poissons.

Chez les amphibiens, les reptiles, les oiseaux et les mammifères, le flux sanguin est dirigé dans deux circuits : l'un à travers les poumons et vers le cœur, appelé circulation pulmonaire, et l'autre dans le reste du corps et ses organes, y compris le cerveau ( circulation systémique). Chez les amphibiens, les échanges gazeux se produisent également à travers la peau pendant la circulation pulmonaire et sont appelés circulation pulmocutanée.

Comme le montre la [Figure 3]b, les amphibiens ont un cœur à trois chambres qui a deux oreillettes et un ventricule plutôt que le cœur à deux chambres du poisson. Les deux oreillettes (chambres cardiaques supérieures) reçoivent le sang des deux circuits différents (les poumons et les systèmes), puis il y a un certain mélange du sang dans le ventricule cardiaque (chambre cardiaque inférieure), ce qui réduit l'efficacité de l'oxygénation. L'avantage de cet arrangement est qu'une pression élevée dans les vaisseaux pousse le sang vers les poumons et le corps. Le mélange est atténué par une crête dans le ventricule qui détourne le sang riche en oxygène à travers le système circulatoire systémique et le sang désoxygéné vers le circuit pulmocutané. Pour cette raison, les amphibiens sont souvent décrits comme ayant une double circulation.

La plupart des reptiles ont également un cœur à trois chambres similaire au cœur des amphibiens qui dirige le sang vers les circuits pulmonaires et systémiques, comme le montre la [Figure 3]c. Le ventricule est divisé plus efficacement par un septum partiel, ce qui entraîne moins de mélange de sang oxygéné et désoxygéné. Certains reptiles (alligators et crocodiles) sont les animaux les plus primitifs à présenter un cœur à quatre chambres. Les crocodiliens ont un mécanisme circulatoire unique où le cœur dirige le sang des poumons vers l'estomac et d'autres organes pendant de longues périodes de submersion, par exemple, pendant que l'animal attend une proie ou reste sous l'eau en attendant que la proie pourrisse. Une adaptation comprend deux artères principales qui partent de la même partie du cœur : l'une transporte le sang vers les poumons et l'autre fournit une route alternative vers l'estomac et d'autres parties du corps. Deux autres adaptations comprennent un trou dans le cœur entre les deux ventricules, appelé le foramen de Panizza, qui permet au sang de passer d'un côté du cœur à l'autre, et un tissu conjonctif spécialisé qui ralentit le flux sanguin vers les poumons. Ensemble, ces adaptations ont fait des crocodiles et des alligators l'un des groupes d'animaux les plus évolutifs sur terre.

Chez les mammifères et les oiseaux, le cœur est également divisé en quatre chambres : deux oreillettes et deux ventricules, comme illustré dans [Figure 3]. Le sang oxygéné est séparé du sang désoxygéné, ce qui améliore l'efficacité de la double circulation et est probablement nécessaire au mode de vie à sang chaud des mammifères et des oiseaux. Le cœur à quatre chambres des oiseaux et des mammifères a évolué indépendamment d'un cœur à trois chambres. L'évolution indépendante d'un trait biologique identique ou similaire est appelée évolution convergente.


Variation du système circulatoire chez les animaux

Le système circulatoire varie de systèmes simples chez les invertébrés à des systèmes plus complexes chez les vertébrés. Les animaux les plus simples, tels que les éponges (Porifera) et les rotifères (Rotifera), n'ont pas besoin d'un système circulatoire car la diffusion permet un échange adéquat d'eau, de nutriments et de déchets, ainsi que des gaz dissous, comme le montre [link] une . Les organismes plus complexes mais qui n'ont encore que deux couches de cellules dans leur corps, comme les gelées (Cnidaria) et les gelées en peigne (Ctenophora) utilisent également la diffusion à travers leur épiderme et à l'intérieur à travers le compartiment gastro-vasculaire. Leurs tissus internes et externes baignent dans un environnement aqueux et échangent des fluides par diffusion des deux côtés, comme illustré dans [link] b . L'échange de fluides est assisté par la pulsation du corps de la méduse.


Résumé de la section

Chez la plupart des animaux, le système circulatoire est utilisé pour transporter le sang à travers le corps. Certains animaux primitifs utilisent la diffusion pour l'échange d'eau, de nutriments et de gaz. Cependant, les organismes complexes utilisent le système circulatoire pour transporter les gaz, les nutriments et les déchets à travers le corps. Les systèmes circulatoires peuvent être ouverts (mélangés au liquide interstitiel) ou fermés (séparés du liquide interstitiel). Les systèmes circulatoires fermés sont une caractéristique des vertébrés, cependant, il existe des différences significatives dans la structure du cœur et la circulation sanguine entre les différents groupes de vertébrés en raison des adaptations au cours de l'évolution et des différences anatomiques associées. Les poissons ont un cœur à deux chambres avec une circulation unidirectionnelle. Les amphibiens ont un cœur à trois chambres, qui a un certain mélange de sang, et ils ont une double circulation. La plupart des reptiles non aviaires ont un cœur à trois chambres, mais ont peu de mélange de sang, ils ont une double circulation. Les mammifères et les oiseaux ont un cœur à quatre chambres sans mélange du sang et une double circulation.


Vue d'ensemble du système circulatoire

Chez tous les animaux, à l'exception de quelques types simples, le système circulatoire est utilisé pour transporter les nutriments et les gaz à travers le corps. La diffusion simple permet un échange d'eau, de nutriments, de déchets et de gaz dans des animaux primitifs qui ne sont épais que de quelques couches cellulaires.

Architecture du système circulatoire

Le système circulatoire est en fait un réseau de vaisseaux cylindriques : les artères, les veines et les capillaires qui émanent d'une pompe, le cœur. Dans tous les organismes vertébrés, ainsi que chez certains invertébrés, il s'agit d'un système en boucle fermée, dans lequel le sang n'est pas libre dans une cavité. Dans un système circulatoire fermé, le sang est contenu dans les vaisseaux sanguins et circule unidirectionnellement du cœur autour de la voie circulatoire systémique, puis retourne à nouveau au cœur, comme illustré dans [link]une. Contrairement à un système fermé, les arthropodes, y compris les insectes, les crustacés et la plupart des mollusques, ont un système circulatoire ouvert, comme illustré dans [link]b. Dans un système circulatoire ouvert, le sang n'est pas enfermé dans les vaisseaux sanguins mais est pompé dans une cavité appelée hémocèle et s'appelle hémolymphe parce que le sang se mélange avec le liquide interstitiel. Au fur et à mesure que le cœur bat et que l'animal bouge, l'hémolymphe circule autour des organes à l'intérieur de la cavité corporelle, puis rentre dans le cœur par des ouvertures appelées ostie. Ce mouvement permet l'échange de gaz et de nutriments. Un système circulatoire ouvert n'utilise pas autant d'énergie qu'un système fermé pour fonctionner ou pour entretenir, cependant, il existe un compromis avec la quantité de sang qui peut être déplacée vers les organes et les tissus métaboliquement actifs qui nécessitent des niveaux élevés d'oxygène. En fait, l'une des raisons pour lesquelles les insectes dont l'envergure des ailes peut atteindre 70 cm de large n'existent pas aujourd'hui est probablement parce qu'ils ont été vaincus par l'arrivée des oiseaux il y a 150 millions d'années. On pense que les oiseaux, ayant un système circulatoire fermé, se sont déplacés plus agilement, leur permettant d'obtenir de la nourriture plus rapidement et éventuellement de s'attaquer aux insectes.

Variation du système circulatoire chez les animaux

Le système circulatoire varie de systèmes simples chez les invertébrés à des systèmes plus complexes chez les vertébrés. Les animaux les plus simples, tels que les éponges (Porifera) et les rotifères (Rotifera), n'ont pas besoin d'un système circulatoire car la diffusion permet un échange adéquat d'eau, de nutriments et de déchets, ainsi que de gaz dissous, comme le montre [link]une. Les organismes plus complexes mais qui n'ont encore que deux couches de cellules dans leur corps, comme les gelées (Cnidaria) et les gelées en peigne (Ctenophora) utilisent également la diffusion à travers leur épiderme et à l'intérieur à travers le compartiment gastro-vasculaire. Leurs tissus internes et externes baignent dans un environnement aqueux et échangent des fluides par diffusion des deux côtés, comme illustré dans [link]b. L'échange de fluides est assisté par la pulsation du corps de la méduse.

Pour les organismes plus complexes, la diffusion n'est pas efficace pour recycler efficacement les gaz, les nutriments et les déchets à travers le corps, par conséquent, des systèmes circulatoires plus complexes ont évolué. La plupart des arthropodes et de nombreux mollusques ont un système circulatoire ouvert. Dans un système ouvert, un cœur battant allongé pousse l'hémolymphe à travers le corps et les contractions musculaires aident à déplacer les fluides. Les crustacés plus gros et plus complexes, y compris les homards, ont développé des vaisseaux de type artériel pour pousser le sang dans leur corps, et les mollusques les plus actifs, tels que les calmars, ont développé un système circulatoire fermé et sont capables de se déplacer rapidement pour attraper leurs proies. Les systèmes circulatoires fermés sont une caractéristique des vertébrés, cependant, il existe des différences significatives dans la structure du cœur et la circulation sanguine entre les différents groupes de vertébrés en raison de l'adaptation au cours de l'évolution et des différences anatomiques associées. [lien] illustre les systèmes circulatoires de base de certains vertébrés : poissons, amphibiens, reptiles et mammifères.

Comme illustré dans [lien]une Les poissons ont un seul circuit pour la circulation sanguine et un cœur à deux chambres qui n'a qu'une seule oreillette et un seul ventricule. L'oreillette recueille le sang qui est revenu du corps et le ventricule pompe le sang vers les branchies où se produisent les échanges gazeux et le sang est réoxygéné, c'est ce qu'on appelle circulation branchiale. Le sang continue ensuite à travers le reste du corps avant de revenir à l'oreillette, c'est ce qu'on appelle circulation systémique. Ce flux sanguin unidirectionnel produit un gradient de sang oxygéné à désoxygéné autour du circuit systémique du poisson. Le résultat est une limite de la quantité d'oxygène qui peut atteindre certains organes et tissus du corps, réduisant la capacité métabolique globale des poissons.

Chez les amphibiens, les reptiles, les oiseaux et les mammifères, le flux sanguin est dirigé dans deux circuits : l'un à travers les poumons et le retour vers le cœur, appelé circulation pulmonaire, et l'autre dans tout le reste du corps et de ses organes dont le cerveau (circulation systémique). Chez les amphibiens, les échanges gazeux se produisent également à travers la peau pendant la circulation pulmonaire et sont appelés circulation pulmocutanée.

Comme indiqué dans [lien]b, les amphibiens ont un cœur à trois chambres qui a deux oreillettes et un ventricule plutôt que le cœur à deux chambres du poisson. Les deux oreillettes (cavités cardiaques supérieures) reçoivent le sang des deux circuits différents (les poumons et les systèmes), puis il y a un certain mélange du sang dans le cœur ventricule (cavité cardiaque inférieure), ce qui réduit l'efficacité de l'oxygénation. L'avantage de cet arrangement est qu'une pression élevée dans les vaisseaux pousse le sang vers les poumons et le corps. Le mélange est atténué par une crête dans le ventricule qui détourne le sang riche en oxygène à travers le système circulatoire systémique et le sang désoxygéné vers le circuit pulmocutané. Pour cette raison, les amphibiens sont souvent décrits comme ayant double circulation.

La plupart des reptiles ont également un cœur à trois chambres similaire au cœur des amphibiens qui dirige le sang vers les circuits pulmonaires et systémiques, comme le montre [link]c. Le ventricule est divisé plus efficacement par un septum partiel, ce qui entraîne moins de mélange de sang oxygéné et désoxygéné. Certains reptiles (alligators et crocodiles) sont les animaux les plus primitifs à présenter un cœur à quatre chambres. Les crocodiliens ont un mécanisme circulatoire unique où le cœur dirige le sang des poumons vers l'estomac et d'autres organes pendant de longues périodes de submersion, par exemple, tandis que l'animal attend une proie ou reste sous l'eau en attendant que la proie pourrisse. Une adaptation comprend deux artères principales qui partent de la même partie du cœur : l'une transporte le sang vers les poumons et l'autre fournit une route alternative vers l'estomac et d'autres parties du corps. Deux autres adaptations comprennent un trou dans le cœur entre les deux ventricules, appelé le foramen de Panizza, qui permet au sang de passer d'un côté du cœur à l'autre, et un tissu conjonctif spécialisé qui ralentit le flux sanguin vers les poumons. Ensemble, ces adaptations ont fait des crocodiles et des alligators l'un des groupes d'animaux les plus évolutifs sur terre.

Chez les mammifères et les oiseaux, le cœur est également divisé en quatre chambres : deux oreillettes et deux ventricules, comme illustré dans [link]. Le sang oxygéné est séparé du sang désoxygéné, ce qui améliore l'efficacité de la double circulation et est probablement nécessaire au mode de vie à sang chaud des mammifères et des oiseaux. Le cœur à quatre chambres des oiseaux et des mammifères a évolué indépendamment d'un cœur à trois chambres. L'évolution indépendante d'un trait biologique identique ou similaire est appelée évolution convergente.

Résumé de la section

Chez la plupart des animaux, le système circulatoire est utilisé pour transporter le sang à travers le corps. Certains animaux primitifs utilisent la diffusion pour l'échange d'eau, de nutriments et de gaz. Cependant, les organismes complexes utilisent le système circulatoire pour transporter les gaz, les nutriments et les déchets à travers le corps. Les systèmes circulatoires peuvent être ouverts (mélangés au liquide interstitiel) ou fermés (séparés du liquide interstitiel). Les systèmes circulatoires fermés sont une caractéristique des vertébrés, cependant, il existe des différences significatives dans la structure du cœur et la circulation sanguine entre les différents groupes de vertébrés en raison des adaptations au cours de l'évolution et des différences anatomiques associées. Les poissons ont un cœur à deux chambres avec une circulation unidirectionnelle. Amphibians have a three-chambered heart, which has some mixing of the blood, and they have double circulation. Most non-avian reptiles have a three-chambered heart, but have little mixing of the blood they have double circulation. Mammals and birds have a four-chambered heart with no mixing of the blood and double circulation.


Circulatory System Variation in Animals

The circulatory system varies from simple systems in invertebrates to more complex systems in vertebrates. The simplest animals, such as the sponges (Porifera) and rotifers (Rotifera), do not need a circulatory system because diffusion allows adequate exchange of water, nutrients, and waste, as well as dissolved gases, as shown in Figureune. Organisms that are more complex but still only have two layers of cells in their body plan, such as jellies (Cnidaria) and comb jellies (Ctenophora) also use diffusion through their epidermis and internally through the gastrovascular compartment. Both their internal and external tissues are bathed in an aqueous environment and exchange fluids by diffusion on both sides, as illustrated in Figureb. Exchange of fluids is assisted by the pulsing of the jellyfish body.

Simple animals consisting of a single cell layer such as the (a) sponge or only a few cell layers such as the (b) jellyfish do not have a circulatory system. Instead, gases, nutrients, and wastes are exchanged by diffusion.

For more complex organisms, diffusion is not efficient for cycling gases, nutrients, and waste effectively through the body therefore, more complex circulatory systems evolved. Most arthropods and many mollusks have open circulatory systems. In an open system, an elongated beating heart pushes the hemolymph through the body and muscle contractions help to move fluids. The larger more complex crustaceans, including lobsters, have developed arterial-like vessels to push blood through their bodies, and the most active mollusks, such as squids, have evolved a closed circulatory system and are able to move rapidly to catch prey. Closed circulatory systems are a characteristic of vertebrates however, there are significant differences in the structure of the heart and the circulation of blood between the different vertebrate groups due to adaptation during evolution and associated differences in anatomy. Figure illustrates the basic circulatory systems of some vertebrates: fish, amphibians, reptiles, and mammals.

(a) Fish have the simplest circulatory systems of the vertebrates: blood flows unidirectionally from the two-chambered heart through the gills and then the rest of the body. (b) Amphibians have two circulatory routes: one for oxygenation of the blood through the lungs and skin, and the other to take oxygen to the rest of the body. The blood is pumped from a three-chambered heart with two atria and a single ventricle. (c) Reptiles also have two circulatory routes however, blood is only oxygenated through the lungs. The heart is three chambered, but the ventricles are partially separated so some mixing of oxygenated and deoxygenated blood occurs except in crocodilians and birds. (d) Mammals and birds have the most efficient heart with four chambers that completely separate the oxygenated and deoxygenated blood it pumps only oxygenated blood through the body and deoxygenated blood to the lungs.

As illustrated in Figureune Fish have a single circuit for blood flow and a two-chambered heart that has only a single atrium and a single ventricle. The atrium collects blood that has returned from the body and the ventricle pumps the blood to the gills where gas exchange occurs and the blood is re-oxygenated this is called gill circulation . The blood then continues through the rest of the body before arriving back at the atrium this is called systemic circulation . This unidirectional flow of blood produces a gradient of oxygenated to deoxygenated blood around the fish’s systemic circuit. The result is a limit in the amount of oxygen that can reach some of the organs and tissues of the body, reducing the overall metabolic capacity of fish.

Most reptiles also have a three-chambered heart similar to the amphibian heart that directs blood to the pulmonary and systemic circuits, as shown in Figurec. The ventricle is divided more effectively by a partial septum, which results in less mixing of oxygenated and deoxygenated blood. Some reptiles (alligators and crocodiles) are the most primitive animals to exhibit a four-chambered heart. Crocodilians have a unique circulatory mechanism where the heart shunts blood from the lungs toward the stomach and other organs during long periods of submergence, for instance, while the animal waits for prey or stays underwater waiting for prey to rot. One adaptation includes two main arteries that leave the same part of the heart: one takes blood to the lungs and the other provides an alternate route to the stomach and other parts of the body. Two other adaptations include a hole in the heart between the two ventricles, called the foramen of Panizza, which allows blood to move from one side of the heart to the other, and specialized connective tissue that slows the blood flow to the lungs. Together these adaptations have made crocodiles and alligators one of the most evolutionarily successful animal groups on earth.

In mammals and birds, the heart is also divided into four chambers: two atria and two ventricles, as illustrated in Figure. The oxygenated blood is separated from the deoxygenated blood, which improves the efficiency of double circulation and is probably required for the warm-blooded lifestyle of mammals and birds. The four-chambered heart of birds and mammals evolved independently from a three-chambered heart. The independent evolution of the same or a similar biological trait is referred to as convergent evolution.


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Résumé de la section

In most animals, the circulatory system is used to transport blood through the body. Some primitive animals use diffusion for the exchange of water, nutrients, and gases. However, complex organisms use the circulatory system to carry gases, nutrients, and waste through the body. Circulatory systems may be open (mixed with the interstitial fluid) or closed (separated from the interstitial fluid). Closed circulatory systems are a characteristic of vertebrates however, there are significant differences in the structure of the heart and the circulation of blood between the different vertebrate groups due to adaptions during evolution and associated differences in anatomy. Fish have a two-chambered heart with unidirectional circulation. Amphibians have a three-chambered heart, which has some mixing of the blood, and they have double circulation. Most non-avian reptiles have a three-chambered heart, but have little mixing of the blood they have double circulation. Mammals and birds have a four-chambered heart with no mixing of the blood and double circulation.


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Voir la vidéo: Le système circulatoire (Août 2022).