La respiration dans le monde animal

4. Comment les caractéristiques du milieu déterminent-elles les conditions de la respiration ?

Les dauphins et l'apnée

L’apnée est un arrêt, volontaire ou non, de la respiration. 

L'adaptation des dauphins à la plongée en apnée est fascinante. Elle semble défier toutes les lois de la médecine.... Comparés aux dauphins, les stars de la plongée en apnée que sont Umberto Pelizzari ou Jacques Maillol ne sont que des amateurs...

Le dauphin tursiops reste 15 minutes sous l’eau sans respirer. Mais c'est l'alligator du Mississippi qui détient le record : 120 minutes d'immersion.

La fonction respiratoire des cétacés a subi des modifications étonnantes au cours de l'évolution. Les odontocètes respirent au moyen de l'évent, narine unique située au sommet de la tête dont ils contrôlent l'ouverture musculairement. En effet, la respiration est consciente et volontaire, elle n'est pas automatique comme chez l'être humain. Un dauphin retenu sous l'eau pour une raison quelconque n'aura donc jamais le réflexe de respirer et ne se noiera pas. Par contre, il mourra d'asphyxie ! Les systèmes respiratoires et digestifs sont totalement séparés : l'intersection entre la trachée et l'œsophage s'est transformée de façon à ce que les cétacés ne puissent ni respirer par la bouche, ni avaler de travers. Cela leur permet de se nourrir sous la surface sans se noyer ! La position de l'évent au sommet du melon permet aux odontocètes de respirer sans s'arrêter de nager.

 

Les dauphins tursiops atteignent facilement 300m, et le dauphin commun 500 mètres.

Le dauphin commun respire toutes les trois minutes, le dauphin tursiops reste 15 minutes sans respirer.

Les Tursiopsne respirent qu'une à quatre fois (3 en moyenne) par minute, contre 10 à 15 fois, chez l'homme. En dépit de leur grande taille, leurs poumons ne sont guère plus grands que les notres : le volume de leurs poumons est d’environ 7 litres ce qui est à peine supérieur à l’homme. Mais lorsqu'ils prennent un bol d'air, ils renouvellent 80 à 90 % du volume pulmonaire en une inspiration. Pour parvenir à un tel recyclage, les humains doivent respirer au moins 6 à 8 fois : l’homme n’utilise que 10 à 15 % de sa capacité pulmonaire. Les dauphins contrôlent totalement leur respiration : c’est un mécanisme volontaire. Leur respiration n'est pas automatique, c'est pourquoi lorsqu'on les anesthésie, ils meurent d'asphyxie.

Il existe trois types d'apnée chez les hommes... 

  • La plongée en poids constant : l'apnéiste descend et remonte à la seule force de ses palmes. 

  • La plongée en poids variable : l'apnéiste est entraîné vers les profondeurs par un poids d'une trentaine de kilos. Pour remonter, le plongeur rejoint la surface en palmant, après avoir largué la gueuse, ou il remonte tracté par un ballon rempli d'air placé à l'intérieur de sa combinaison. Cette plongée est celle qui aboutit aux records les plus spectaculaires, mais, étant donné les risques encourus par l'apnéiste et les plongeurs d'assistance, elle n'est pas homologuée. 

  • La plongée en apnée statique = « no limits » : seul compte le temps... 

Parmi les apnéistes célèbres, citons :

  • Jacques Maillol fut le premier, en 1976, à franchir les 100 mètres de profondeur.

  • Umberto Pelizzari : Ancien record du monde d'apnée no limits à -150 mètres le 24 octobre 1999 et ancien record du monde de plongée en apnée poids constant à -80 m le 13 septembre 1999, dans le Golfe de Tiggulio en Italie. 

 

Si le dauphin peut manger sous l’eau sans risquer ‘d’avaler de travers’ ou de se noyer ; c’est que la trachée ne s’interrompt pas au niveau de l’œsophage mais le traverse de part en part. Ainsi, il n’y a aucune communication entre le système respiratoire et le tube digestif.

Lors de l’immersion, un processus réflexe relâche les muscles de l’évent ce qui assure une étanchéité parfaite. Au cours d’une plongée, l’air contenue dans les poumons se comprime ; les dauphins ont leur cage thoracique qui s’aplatit sous l’effet de la pression (grâce aux premières côtes libres), l’air est alors expulsé dans la trachée artère et dans les bronches. Leurs alvéoles écrasés isolent alors leur sang de tout contact aérien. Aucun gaz (notamment le diazote) ne peut plus donc se dissoudre dans leurs veines sous l'effet de la pression. Voila pourquoi les dauphins échappent à la fameuse ivresse des profondeurs qui saoule les plongeurs à partir de la zone des 40 m. Les tursiops atteignent facilement 300m, mais les belugas peuvent chasser jusqu'à 1250 m de fond. C'est l'azote supplémentaire dans le sang qui entraîne les phénomènes de décompression : Chez eux aucune bulle ne peut se former dans le sang et ils n'ont donc pas besoin d'effectuer de paliers lorsqu'ils remontent vers la surface.

Pour répondre à la demande élevé en dioxygène de l’organisme, le dauphin possède proportionnellement à l’homme un plus grand volume de sang De plus, les globules rouges sont plus abondants et contiennent plus d’hémoglobine que ceux des humains. 

Tout cela reste cependant insuffisant pour combler les besoins du dauphin. 

  • Durant la plongée, les dauphins consomment très peu de dioxygène.

  • Tous les cétacés peuvent réduire considérablement leur rythme cardiaque pendant l’immersion. 

  • La circulation sanguine est contrôlée et redistribuée vers les organes essentiels : leurs artères n'irriguent plus que les organes nobles que sont le cerveau et le cœur ; leurs muscles et leurs organes digestifs fonctionnent sur leurs réserves.

  • Les cétacés possèdent une myoglobine (protéine musculaire spécialisée dans le transport du dioxygène) plus performante que la notre. Elle "pompe" tout le dioxygène du sang vers les muscles avant chaque plongée.

On note aussi une différence au niveau des réseaux artériels : il existe des "réseaux admirables"(retia mirabilia). Ce sont des agglomérats massifs de vaisseaux sanguins situés derrière la colonne vertébrale et les côtes des cétacés. Ils sont intercalés dans l'ensemble des artères irrigant les organes essentiels comme le cerveau. On ne connaît pas encore la fonction de ce réseaux ; une des hypothèses est qu’il pourrait servir à ralentir le retour du sang vers le cœur pendant une apnée.

 

pour en savoir plus sur la plongée des phoques, en comparaison avec l’homme