Le système respiratoire des oiseaux facilite l'échange efficace de dioxyde de carbone et d'oxygène en utilisant des sacs aériens pour maintenir un flux d'air unidirectionnel continu à travers les poumons.

La stratégie

Le système respiratoire aviaire est particulièrement différent du système respiratoire des mammifères, tant par sa structure que par sa capacité à échanger le gaz aussi efficacement que possible.

Il se compose de poumons appariés, qui contiennent des structures statiques avec des surfaces pour l'échange de gaz, et des sacs aériens connectés, qui se dilatent et se contractent, provoquant le déplacement de l'air à travers les poumons statiques. Une bouffée d'air inhalé riche en oxygène reste dans le système respiratoire pendant deux cycles complets d'inspiration et d'expiration avant d'être complètement épuisée et expirée hors du corps.

Lorsque l'air frais est d'abord inhalé par les narines d'un oiseau, il se déplace à travers la trachée (un grand tube s'étendant de la gorge), qui se divise en bronches primaires gauche et droite (appelées "mésobronches", chaque bronche menant à un poumon ). L'air inhalé descend dans chaque bronche primaire, puis se divise : une partie de l'air pénètre dans les poumons où se produit l'échange de gaz, tandis que l'air restant remplit les sacs aériens postérieurs (arrière). Puis, lors de la première expiration, l'air frais des sacs postérieurs pénètre dans les poumons et subit des échanges gazeux. L'air usé dans les poumons est déplacé par cet air entrant et sort du corps par la trachée. Lors de la deuxième inhalation, de l'air frais pénètre à nouveau dans les sacs postérieurs et les poumons. L'air usé dans les poumons est à nouveau déplacé par l'air entrant, mais il ne peut pas sortir par la trachée car l'air frais circule vers l'intérieur. Au lieu de cela, l'air usé des poumons pénètre dans les sacs aériens antérieurs (avant). Ensuite, lors de la deuxième expiration, l'air usé dans les sacs antérieurs et dans les poumons s'écoule à travers la trachée, et l'air frais dans les sacs postérieurs pénètre dans les poumons pour l'échange de gaz.

digram showing the flow of air through bird lungs during inhalation and exhalation
Image: Biomimicry Institute / Copyright © - Tous droits réservés

Lorsqu'un oiseau inhale, l'air frais (bleu) pénètre par la trachée et les bronches et s'écoule dans les poumons et les sacs aériens postérieurs. L'air frais entrant dans les poumons déplace l'air vicié (rouge) de la respiration précédente, le déplaçant dans les sacs aériens antérieurs. Pendant l'expiration, l'air frais du sac aérien postérieur pénètre dans les poumons, tandis que l'air vicié des sacs aériens antérieurs est expulsé par les bronches et la trachée. 

Ce modèle de flux d'air à travers le système respiratoire crée un flux d'air frais unidirectionnel (à sens unique) sur les surfaces d'échange de gaz dans les poumons. De plus, l'air frais passe sur les surfaces d'échange de gaz pendant l'inspiration et l'expiration, ce qui entraîne un apport constant d'air frais permettant à l'oiseau de faire l'expérience d'un état d'échange de gaz quasi continu dans les poumons. Cela contraste avec les poumons des mammifères, qui subissent un flux d'air bidirectionnel (bidirectionnel) sur les surfaces d'échange gazeux.

L'efficacité du système respiratoire aviaire est due en partie à sa nature unidirectionnelle et en partie à la structure de son système parabronchique (les plus petits passages à l'intérieur des poumons). Les capillaires d'air dans les parois du système parabronchique ont une surface globale beaucoup plus grande que celle trouvée dans le système respiratoire des mammifères. La plus grande surface permet d'échanger une plus grande proportion d'oxygène de chaque respiration contre le dioxyde de carbone du sang et des tissus.

Ce résumé présente les contributions d'Alex Uhrich.

Dernière mise à jour le 2 juillet 2020