Les Systèmes de Transport et de Circulation chez l'Animal

Les systèmes de transport chez les animaux

Les systèmes de transport permettent d'acquérir les éléments nutritifs nécessaires au bon fonctionnement du métabolisme des animaux ; ceux-ci sont répartis entre toutes les cellules du corps. Les déchets sont, quant à eux, expulsés à l'extérieur. Les animaux à la structure simple n'ont pas besoin d'un système de transport, car les cellules peuvent acquérir ou expulser des substances directement de l'environnement dans lequel ils vivent. Toutefois, les animaux ayant des besoins très complexes nécessitent un milieu de circulation qui sert à distribuer les éléments nutritifs et à collecter les déchets métaboliques. Dans de nombreux cas, cela nécessite également la présence d'une pompe de surpression pour mobiliser la masse circulante à travers le corps.

L'environnement interne et ses fluides

L'environnement interne est le liquide qui transporte les nutriments. Sa composition et sa couleur varient, et il peut contenir des cellules dans de nombreux cas. Les différentes ressources internes que l'on peut trouver chez les animaux sont :

• Hydrolymphe : C'est l'environnement interne des échinodermes. Sa composition est très similaire à celle de l'eau de mer. Elle transporte les nutriments et les déchets, mais ne possède pas de pigment pour le transport de l'oxygène. Elle circule à travers un système de tubes connectés à des structures appelées pieds ambulacraires. Ces structures servent au mouvement des étoiles de mer et des oursins. Le système ambulacraire fonctionne par pression hydrostatique : les pieds ambulacraires se fixent au substrat lorsque la pression interne diminue, agissant comme une ventouse. Des ampoules ambulacraires, en se contractant, éjectent l'hydrolymphe vers les pieds, augmentant la pression et permettant le détachement.
• Hémolymphe : On la trouve chez les mollusques et les arthropodes. Chez les mollusques et les crustacés, elle contient un pigment transporteur d'oxygène. Chez les arachnides, les mille-pattes et les insectes, le transport d'oxygène par le milieu interne n'est pas nécessaire car leur système de respiration trachéale apporte l'air directement aux cellules.
• Sang : Les annélides et les vertébrés possèdent un environnement interne avec un pigment transporteur d'oxygène qui lui donne sa couleur rouge. Chez les vertébrés, ce pigment est l'hémoglobine. Le sang des vertébrés est particulièrement complexe, remplissant de nombreuses fonctions grâce à des cellules spécifiques : les érythrocytes, les leucocytes et les plaquettes.
• Lymphe : Elle est présente chez les vertébrés. Elle manque de pigments transporteurs d'oxygène et se compose de cellules de type leucocytaire.

Le système circulatoire chez l'homme

Les humains possèdent un système circulatoire fermé avec un cœur situé dans la cavité thoracique, entre les poumons, et protégé par les côtes. Il se compose de deux oreillettes et de deux ventricules. Le cœur bat environ 72 fois par minute, bien que ce taux varie en fonction de l'activité et du type d'individu. La fréquence cardiaque est régulée par un système de conduction comprenant :

• Nœud sino-atrial (NSA) : Il produit l'impulsion initiale du rythme cardiaque. Situé dans la paroi de l'oreillette droite, ses fibres ont une capacité d'excitation supérieure au reste du cœur, contrôlant ainsi la fréquence.
• Fibres internodales : Ce sont des fibres qui relient les nœuds entre eux et propagent l'élan généré par la contraction cardiaque.
• Nœud auriculo-ventriculaire : Lieu où l'impulsion est retardée (0,11 s) avant d'exciter la contraction ventriculaire. Il est situé dans le septum interauriculaire. Il permet la contraction des ventricules peu après celle des oreillettes.
• Faisceau de His et fibres de Purkinje : Ces fibres se trouvent dans le septum interventriculaire et encouragent la co-contraction de toutes les cellules musculaires des ventricules.

Le mouvement cardiaque : Systole et Diastole

Le cœur alterne entre des phases de systole (contraction) et de diastole (relaxation). On distingue la systole auriculaire et la systole ventriculaire. Le retard pris dans le nœud auriculo-ventriculaire génère une alternance précise. L'assouplissement des oreillettes permet le remplissage par le sang venant des veines, tandis que la diastole ventriculaire permet aux ventricules de se remplir du sang provenant des oreillettes. Le mouvement cardiaque est modulé par la moelle épinière en fonction des besoins énergétiques. (Cliquez sur l'image pour lire une explication de la contraction cardiaque).

Types de systèmes de transport animal

Les porifères et les cnidaires utilisent leur cavité interne comme système de distribution, échangeant des substances directement avec l'eau. Chez les plathelminthes, le transport se fait par diffusion de cellule à cellule. Les animaux plus complexes utilisent un fluide circulant via un système ouvert ou fermé.

L'appareil circulatoire ouvert

Présent chez les arthropodes et les mollusques (sauf céphalopodes), la masse circulante n'est pas toujours canalisée. Le fluide, appelé hémolymphe, s'accumule dans des espaces tissulaires nommés hémocèles. Le cœur, de forme tubulaire et situé en position dorsale, aspire l'hémolymphe et l'expulse vers l'avant via des artères débouchant dans l'hémocèle. Le mouvement est lent. Les mollusques possèdent parfois des cœurs accessoires formés par la contractilité des vaisseaux.

L'appareil circulatoire fermé

Dans ce modèle, le sang circule exclusivement à l'intérieur des vaisseaux. On le trouve chez les annélides, les céphalopodes et les vertébrés. Chez les vertébrés, le système atteint divers degrés de complexité selon l'évolution, pouvant être simple ou double, avec une circulation complète ou incomplète.

Circulation simple et double chez les vertébrés

• Circulation simple : Typique des poissons. Le sang ne passe qu'une seule fois par le cœur à chaque tour. Le cœur tubulaire comprend un sinus veineux, un atrium et un ventricule. Le sang chargé de CO2 arrive au cœur, est pompé vers les branchies pour être oxygéné, puis distribué au corps avant de revenir par les veines.
• Double circulation : Le sang passe deux fois par le cœur par cycle. On la trouve chez les vertébrés terrestres. Elle comprend la grande circulation (du ventricule gauche vers les tissus, puis retour à l'oreillette droite) et la petite circulation (du ventricule droit vers les poumons, puis retour à l'oreillette gauche).

Variations selon les espèces

Chez les amphibiens, le cœur des adultes possède trois chambres (deux oreillettes, un ventricule). Le mélange du sang oxygéné et carboxylé dans le ventricule unique rend le système relativement inefficace. Les reptiles ont également une circulation double et incomplète, mais leur ventricule est partiellement divisé, augmentant l'efficacité. Les crocodiles, les oiseaux et les mammifères possèdent un cœur dont les ventricules sont complètement séparés par une cloison.

Chez les oiseaux et les mammifères, la circulation est double et complète. Le sang carboxylé entre par l'oreillette droite, passe dans le ventricule droit, puis rejoint les poumons via l'artère pulmonaire. Une fois oxygéné, il revient par les veines pulmonaires vers l'oreillette gauche, passe dans le ventricule gauche, et est propulsé vers les tissus pour permettre la performance aérobie des cellules avant de revenir au cœur.