Fonctionnement de l'organisme et besoin en énergie

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1 Fonctionnement de l'organisme et besoin en énergie 1 Les besoins des organes pour fonctionner Comment l organisme réagit-il à un effort physique? Activité 1 Dans le texte qui suit, Mehdi Bala, champion de France de demi-fond, décrit ses propres sensations et ses réflexions au cours d un 1500 mètres. «Voilà, c'est parti!... Il faut suivre le «train» et ne pas me laisser enfermer à la corde... Surtout, bien rythmer ma respiration : 2 foulées pour expirer ; 2 foulées pour inspirer:... I1 ne fait pas trop chaud et je me sens bien. Aujourd'hui, je tiendrai... Je l'ai dans les jambes cette course : j'ai toujours surveillé mes repas... Alimentation équilibrée, déjeuners énergétiques. Je suis à mon poids de forme. Je n'aurai pas de "coup de pompe" Les voilà qui accélèrent... Il faut suivre... Je reste dans le peloton Il ne faut pas que je m'use trop vite. Attention! Déjà la cloche. Plus qu'un tour... Il faut allonger la foulée. C'est le moment. Celui qui me suit souffle comme un phoque. I1 ne pourra pas tenir... Quelle suée! Je sens mon cœur battre jusque dans ma tête. Je dois être au moins à 140 pulsations cardiaques... J'ai besoin d'air! J'ai la gorge en feu! II faut tenir, tenir... Plus que 20 mètres! Plus que 10!... Gagné!!! J'ai gagné!» D après l analyse du texte, Q1. Repérer 6 modifications du fonctionnement de l organisme qui sont une conséquence de cet effort physique réalisé par ce coureur. Justifier en vous appuyant sur des sensations racontées. I/ Q2. Associer ces modifications du fonctionnement aux organes impliqués dans l effort. Au cours d'une activité musculaire, des modifications du fonctionnement de l'organisme l accompagnent : - augmentation des rythmes cardiaque et respiratoire - augmentation de la température corporelle. - Relier les besoins du corps au cours d un effort physique.

2 Quels sont les besoins de ces organes pour fonctionner? Activité 2 Q1. Proposer un acte médical qui mesure les substances présentes dans le sang avant et après un effort. ApC Le tableau suivant récapitule les résultats d expériences qui ont permis de mesurer les échanges entre le sang et un muscle au repos d une part, et en activité d autre part. Tableau 1 : Les besoins d un muscle au repos et en activité (1) Facteurs mesurés Quantité de dioxygène (O 2) Quantité de glucose (Glu) (2) Sang entrant dans le muscle (pour 100 ml de sang) (3) Sang sortant du muscle (pour 100 ml de sang) 19,5 ml Repos : 14,5 ml Activité : 11,8 ml 100 mg Repos : 87 mg Activité : 72 mg (4) Différence au repos (5) Différence activité (6) Bilan repos Q2. Nommer les substances qui s échangent entre le sang et le muscle I Q3. Compléter ensuite les lignes des colonnes 4, 5, 6 et 7 selon les méthodes suivantes Re/I - Calculer les différences de quantité des divers composants entre le sang entrant et le sang sortant, du muscle au repos (colonne 4), puis en activité (colonne 5), puis faire un bilan relatif de cette différence distinguant la consommation ( - ; -- ; ---) et le production (+ ; ++ ; +++ ) de substances au repos (colonne 6) et en activité (colonne7). D autres produits ont été aussi mesurés et les résultats présentés ci-dessous : (1) Facteurs mesurés (2) Sang entrant dans le muscle (pour 100 ml de sang) (3) Sang sortant du muscle (pour 100 ml de sang) Quantité de dioxyde de Carbone (CO 2) 50,2 ml Repos : 53 ml Activité : 58 ml (4) Différence au repos (5) Différence activité (6) Bilan repos Q3. Faire le même travail dans les colonnes 4, 5, 6, et 7 que pour Q1 et Q2 Re/I Q5. Interpréter ces résultats qui décrivent les besoins d un muscle au repos et en activité. Q6. Énoncer un problème relatif à ces échanges entre le sang et le muscle. Q7. Formuler une hypothèse qui répond à ce problème. Pour valider cette hypothèse, vous observerez au microscope une lame mince d une coupe longitudinale d un muscle. Q8. Représenter puis décrire les éléments communs qui parcourent cette «tranche» de muscle. C/I Les organes effectuent en permanence des échanges avec le sang : - Ils y prélèvent des nutriments et du dioxygène - Ils y rejettent des déchets dont le dioxyde de carbone. La consommation des nutriments et du dioxygène, le rejet de dioxyde de carbone par les organes varient selon leur activité. (7) Bilan activité (7) Bilan activité - Comparaison des quantités du dioxygène, de glucose et de dioxyde de carbone dans le sang avant et après son passage dans un muscle au repos et en activité - Utilisation d un microscope pour voir les structures d échanges entre le sang et le muscle - Réalisation d'un schéma de représentation de ces structures d échanges - Réalisation d'un schéma fonctionnel indiquant les échanges entre le sang et l organe

3 A quoi servent le dioxygène et le glucose utilisés par les organes? Activité 3 Lorsqu on fait un effort, nous avons vu qu on a chaud et qu on transpire. Enzo, un élève de nature curieuse, demande à son professeur d E.PS., M. Grodski, à quoi sont dues ces manifestations. Ce dernier se remémore ses cours de physiologie sportive et pour étayer une première réponse orale et trop rapide lui distribue les documents 1, 2 et 3 Enzo est un peu perdu Pour l aider dans sa compréhension, en utilisant les connaissances acquises dans l activité 3, analyser les documents proposés par M. Grodski et construire un schéma fonctionnel (en respectant les codes conventionnels : avec des flèches en couleur dont la largeur est fonction de la quantité : couleur rouge pour l O 2; bleue pour le CO 2 ; verte pour le Glucose ; sang riche en O 2 en rouge ; pauvre en O 2 en bleu) des échanges entre les muscles et le sang qui conduisent à ces manifestations. Document 1 : L origine de l énergie libérée par les organes en activité Tous les organes sont irrigués par un réseau de capillaires sanguins. Le sang leur apporte le dioxygène et les nutriments dont ils ont besoin. Dans un muscle, comme dans tous les organes, une réaction chimique entre les nutriments et le dioxygène libère de l énergie qui s accompagne d une production de déchets (du dioxyde de carbone par exemple). Ces derniers sont rejetés dans le sang qui les évacue. Concernant l énergie libérée, une partie est utilisée par le muscle pour se contracter tandis qu une autre partie est évacuée vers l extérieur. Document 2 : la production de chaleur au cours d un effort La thermographie apporte des précisions sur les parties du corps qui produisent de la chaleur. Figure 1 : Thermographie d une personne qui pratique une activité sportive au niveau des bras. Document 3 : la production par combustion du charbon La thermographie infrarouge est une méthode médicale qui permet d observer des variations de températures de la peau mais aussi des tissus sous-jacents (comme les muscles par exemple) (Fig.1). La production d énergie par notre organisme est comparable à la libération d énergie qui se produit lorsqu on fait brûler du charbon de bois. La combustion est une transformation chimique à partir du carbone (du charbon de bois) et du dioxygène (Fig. 2). Les nutriments, dont le glucose, utilisé par nos muscles contiennent du carbone. Figure 2 : Schématisation de la combustion du charbon de bois Nutriments et dioxygène libèrent de l'énergie utilisable, entre autres, pour le fonctionnement des organes. L énergie libérée au cours de la réaction chimique entre des nutriments et du dioxygène, est utilisée : - pour le fonctionnement des organes, - est transférée en partie sous forme de chaleur.

4 - Relier la consommation des nutriments et du dioxygène par un organe à la libération d'énergie nécessaire à son fonctionnement - Traduire sous la forme d'un schéma la libération d'énergie au niveau d'un organe - Bilan fonctionnel de la libération d'énergie par un organe. sang entrant sang sortant O 2 Fonctionnement O 2 CO 2 O 2 + CO Energie 2 Glu Chaleur Glu Glu muscle Figure 1 : Schéma fonctionnel des échanges entre le sang et le muscle et la production d énergie

5 2 L approvisionnement des organes en dioxygène. Quelle est la source de dioxygène pour l organisme? Activité 4 Q1. Formuler une hypothèse qui concerne le problème posé Envisager les conséquences vérifiables de cette expérience (aide : composition de l air inspiré et l air expiré). Vous disposez d un oxymètre et de l eau de chaux. Q2. Proposer un protocole expérimental pour vérifier l hypothèse. Donner le rôle de l oxymètre et celui de l eau de chaux. A l aide du dispositif avec la sonde oxymétrique (montage 1), puis celui de l eau de chaux (montage 2) Q3. Procéder à une dizaine d'inspirations dans le montage 1 puis dans le montage 2. Re Noter les résultats au départ et à la fin. I Procéder à une dizaine d'expirations dans le montage 1 puis dans le montage 2. Re Noter les résultats au départ et à la fin. I Q4. Présenter ensuite les résultats dans un tableau de comparaison de la composition de l air inspiré et de l air expiré pour l O 2 (reporter les valeurs mesurées) et pour le CO 2 (reporter les valeurs + si production ou si consommation) C Q5. Interpréter ensuite ces résultats Q6. Conclure sur la validité de l hypothèse. ApC Le dioxygène utilisé en permanence par les organes provient de l'air. - Mesurer le volume du dioxygène dans l'air inspiré et dans l'air expiré (EXAO). - Estimer la présence de dioxyde de carbone à l aide de l eau de chaux - Comparaison de la composition de l'air inspiré à celle d'un air expiré

6 Comment l air entre-t-il dans les poumons? Activité 5 1. L appareil respiratoire Q1. Situer sur l'écorché les «organes mécaniques» de l appareil respiratoire : la cage thoracique, les muscles respiratoires, les muscles des côtes, le diaphragme. I Q2. Légender le schéma ci-dessous représentant les organes de l appareil respiratoire : muscles des côtes, diaphragme, côte, poumon droit, plèvre, bronche, bronchiole, alvéole, pharynx, trachée, fosses nasales) C Indiquer ensuite le sens du trajet de l air à l aide de flèches sur le schéma : C - au crayon rouge, le trajet de l air lors d une inspiration, - au crayon bleu, le trajet de l air lors d'une expiration. Figure 1 : L appareil respiratoire et le trajet de l air Q3. Localiser le lieu atteint lors du trajet de l air inspiré dans les poumons. 2. Les mouvements respiratoires Q4. Formuler un problème que fait naître cette observation. Proposer une hypothèse qui répond au problème posé. L expérience suivante se propose de démontrer l hypothèse. Associer les mouvements de la cage thoracique et ceux des courants d air respiratoires Q5. Repérer sur l écorché les organes qui peuvent jouer un rôle dans la naissance des courants d air L air pénètre dans le corps par le nez ou la bouche : il est conduit jusqu aux alvéoles pulmonaires par la trachée, les bronches, les bronchioles. - Décrire le trajet du dioxygène jusqu'au sang - Décrire le trajet de l'air un schéma de l'appareil respiratoire - Expliquer l'arrivée d'air dans les alvéoles - Observation d'un appareil respiratoire sur un animal, sur un écorché - Description des mouvements respiratoires - Annotation d'un schéma de l'appareil respiratoire humain

7 Que devient le dioxygène présent au niveau d une alvéole? Activité 6 Q1. Repérer sur l écorché : un poumon ; une bronche, l artère, les alvéoles, puis une alvéole.. I Par des analyses de sang au niveau des vaisseaux qui entrent et qui sortent des poumons, on peut mesurer les quantités de dioxygène et de dioxyde de carbone dans le sang entrant et dans celui sortant des poumons, puis les comparer. Les résultats sont présentés dans le tableau ci - dessous : Tableau 1 : composition du sang entrant dans les poumons et de celui qui en sort Lieu / Gaz Dioxygène (en ml / 100 ml) Dioxyde de carbone(en ml / 100 ml) Entrée 14,5 53 Sortie 19,5 50,2 Q2. Interpréter les résultats de cette analyse quant aux rôles des poumons sur la composition en gaz du sang. On veut vérifier l hypothèse suivante : H 0 : le passage des gaz entre le sang et l air se fait au niveau des alvéoles pulmonaires. Observer la préparation microscopique de coupe de poumon. Re Q3. Dessiner une alvéole et annoter : alvéole ; capillaire sanguin ; air ; paroi faite de tissu pulmonaire C Q4. Interpréter et mettre en évidence les caractéristiques de la surface alvéolaire qui rendent possibles et faciles les échanges entre le sang et l'air. Q5. Faire un schéma fonctionnel montrant les échanges gazeux respiratoires pulmonaires en utilisant les connaissances que vous avez acquises lors de cette activité C Au niveau des alvéoles pulmonaires, le dioxygène de l air passe dans le sang. Le passage du dioxygène dans un sens et celui du dioxyde de carbone dans l autre, sont facilités par une grande surface alvéolaire, richement vascularisée. - Déduire le passage du dioxygène dans le sang par comparaison de données chiffrées - Relier certaines caractéristiques de la paroi alvéolaire au passage du dioxygène dans le sang - Observation d'alvéoles pulmonaires microscope - Réalisation d'un schéma d'un alvéole pulmonaire

8 Comment maintenir son appareil respiratoire en bonne santé? Activité 7 1. L action de la pollution En tapant «pollution et santé» avec le moteur de recherche Google, répondre aux questions suivantes : Q1. Noter les adresses de site qui vous ont permis de répondre aux questions. I Q2. Citer trois des principaux gaz polluants de l atmosphère. I Q3. Révéler comment ces gaz sont produits. I Q4. Nommer les organes de l appareil respiratoire de l Homme qui sont les plus touchés par ces gaz. I Q5. Citer trois mesures prises par les autorités pour lutter contre ce type de polluants. I Q6. Résumer les effets des gaz polluants sur notre appareil respiratoire. C 2. Les effets de la cigarette Une expérience simulant la combustion d une cigarette a été mise en place. Observer le montage de cette expérience pour répondre aux questions suivantes. Q7. Noter, en une phrase, ce qu on observe en fin d expérience sur le coton de chacun des montages. I Q8. Discuter ce à quoi correspond le coton du montage dans notre organisme. Q9. Déduire de cette expérience les conséquences du tabagisme sur l état des alvéoles. Q10. Les photos ci-contre confirment-elles votre déduction précédente? Justifier Individu non fumeur Individu fumeur (Les deux individus sont du même âge) Figure : Comparaison de l état de 2 poumons Q11. Récapituler les conséquences du tabagisme sur le fonctionnement de l appareil respiratoire C Des substances nocives, plus ou moins abondantes dans l'environnement, perturbent le fonctionnement de l'appareil respiratoire. Elles favorisent l'apparition de certaines maladies. - Relier des perturbations du fonctionnement de l'appareil respiratoire à la présence de substances nocives. - Mise en évidence des dépôts de goudron sur un filtre. Re - Recherche des effets des substances contenues dans la cigarette sur l'appareil respiratoire. I - Comparaison de photos ou de coupe de poumons de fumeurs et de non-fumeurs. - Mise en relation de la fréquence de certaines maladies avec des pollutions de l'air. Apporter les étiquettes d emballages d aliments.

9 3 Approvisionner les organes en nutriments Activité 8 Quel est le trajet des aliments? Q1. Observer l'appareil digestif humain sur un écorché et se remémorer les organes qui le composent. ApC Q2. Appliquer les connaissances acquises en portant sur le schéma les organes qui constituent le trajet des aliments depuis la bouche jusqu à l extrémité inférieure du tube digestif avec les couleurs suivantes. C Violet : estomac ; bleu : côlon ou gros intestin ; vert foncé : intestin grêle ; vert clair : œsophage ; marron : foie ; rouge : pancréas. Observer l aspect des contenus de l'estomac, de l'intestin grêle et du côlon (livre p.84). I Q3. Décrire l'aspect des aliments dans chaque organe et énoncer les transformations qui s effectuent depuis la bouche jusqu'au gros intestin. Les bulles sur le schéma se succèdent dans l ordre et marquent le passage des aliments. Q4. Ecrire dans chaque bulle l aspect des aliments quand ceci est possible. C Citer des organes de l appareil digestif où les aliments ne passent pas, après avoir observé le schéma. I Q5. Formuler des questions que posent ces observations de changement de contenu le long du tube digestif. La transformation de la plupart des aliments consommés en nutriments s'effectue dans le tube digestif. - Situer sur soi-même des organes de l'appareil digestif. - Indiquer le trajet des aliments dans le tube digestif. - Observation de l'appareil digestif humain sur un écorché et localisation des organes sur soimême - Annotation d'un schéma de l'appareil digestif humain en localisant les lieux d'arrivée des enzymes

10 Comment les aliments sont-ils transformés? Activité 9 Rôle de la mastication dans la transformation des aliments Monsieur Dupont souffre de troubles digestifs depuis quelques temps : il se plaint de lourdeurs d estomac après chaque repas. Lors d une consultation chez son médecin, il est surpris d être orienté vers un chirurgien-dentiste plutôt qu un gastro-entérologue*. *mastication: action de mâcher. *gastro-entérologue : médecin spécialisé dans les maladies du tube digestif. Après avoir étudié les documents 1 et 2, discuter pourquoi le médecin de M. Dupont l envoie consulter un chirurgien dentiste pour résoudre des problèmes digestifs. Justifier votre réponse. Conclure en expliquant l importance d avoir une bonne hygiène dentaire. Photo 1 : La dentition de M. Dupont (vue de face) Photo 2 : Les molaires cariées de M. Dupont Photo 3 : radiographie des molaires cariées de M. Dupont Document 1 : Les dents de M. Dupont sont cariées (photos 1,2 et 3). Ces caries ont atteint les nerfs et elles sont donc très douloureuses lors de la mastication des aliments. Photo 5 : Les tubes 1 et 2 au Photo 6 : Les tubes 1 et 2 à la fin Photo 4 : Le montage expérimental départ de l expérience de l expérience Document 2 : Cette expérience se propose d étudier la digestion d'une protéine (le blanc d œuf) par des sucs digestifs dans deux cas (photos 4,5 et 6): o Dans le tube 1, le blanc d œuf est découpé en un seul cube. o Dans le tube 2, la même quantité de blanc d œuf est découpée en petits morceaux. o Les deux tubes sont placés au bain-marie à 37 C pendant 30 minutes avec agitation de temps en temps. Les aides ou «coup de pouces» Aides à la démarche de résolution : Aide 1. Aide 2. Apport de savoir-faire : Apport de connaissances : Aide 1. Aide 2.

11 La transformation de la plupart des aliments consommés, en nutriments s'effectue dans le tube digestif sous l'action des sucs digestifs. Ces transformations chimiques complètent l'action mécanique (mastication et malaxage). Le vivant Organisation et fonctionnement du corps humain. Rechercher, extraire et organiser l information utile Extraire d un document (papier ou numérique) les informations relatives à un thème de travail isonner, argumenter, pratiquer une démarche expérimentale ou technologique Formuler une hypothèse, une conjecture. Confronter le résultat au résultat attendu, mettre en relation, déduire, valider ou invalider (la conjecture), l hypothèse. Présenter la démarche suivie, les résultats obtenus, communiquer Exprimer un résultat, une solution, une conclusion par une phrase correcte (expression, vocabulaire, sens) Présenter et expliquer l enchaînement des idées La conclusion

12 Que deviennent les nutriments? Activité 10 Lorsque la digestion est terminée les nutriments se trouvent dans l intestin grêle. Nous cherchons à connaître leur devenir. Pour cela, nous avons mesuré la quantité de nutriments contenus dans l intestin grêle dans le sang et dans la lymphe après un repas (cf. tableau 1a et 1b) Tableau 1 montrant les quantités de nutriments dans l intestin grêle (a) et dans le sang et la lymphe (b) après un repas Heures après un repas 3h 3h30 4h 4h30 5h 5h30 6h a-quantité de nutriments dans l intestin grêle (%) b-quantité de nutriments dans le sang et la lymphe de l intestin grêle (%) Q1. Tracer la courbe d évolution de la quantité de nutriments dans l intestin grêle en fonction du temps écoulé après un repas. Re Décrire l évolution de la quantité de nutriments dans l intestin grêle après la digestion I Q2. Tracer la courbe d évolution de la quantité de nutriments dans le sang et la lymphe en fonction du temps écoulé après un repas sur le même graphique. Re Décrire l évolution de la quantité de nutriments dans le sang et la lymphe après la digestion I Q3. Interpréter ces résultats sur le rôle de l intestin grêle dans ce cas. Q4. Enoncer un problème que soulève cette observation. Q5. Formuler une hypothèse qui répond au problème soulevé. Exprimer les conséquences vérifiables de cette hypothèse. Observer un fragment d intestin grêle à l œil nu, puis au microscope, Re Q6. Retrouver les spécialisations d une membrane d échanges comme le sont les alvéoles. ApC Q7. Réaliser un schéma fonctionnel des échanges entre l intestin grêle et le sang. C Les nutriments passent dans le sang au niveau de l'intestin grêle. Sa grande surface richement vascularisée favorise l'absorption. - Les caractéristiques de la paroi de l'intestin grêle au passage de nutriments dans le sang - Observation d'une coupe de la paroi intestinale à différentes échelles - Mise en relation de la vascularisation de l'intestin grêle avec le passage des nutriments dans le sang - Schématisation de l'absorption intestinale Nutriments et aliments non digérés Sang sortant Sang entrant glucose Aliments non digérés Glucose Portion d intestin grêle Figure 1 : Echanges sang / contenu de l intestin grêle

13 Qu est-ce-que l équilibre alimentaire? Activité 11 Utilisation d'un logiciel pour mettre en évidence les besoins énergétiques d'un individu. 1. Des dépenses énergétiques variables selon les individus. Lancer le logiciel "DDALI". Cliquer sur "vos besoins", puis "selon vos caractéristiques". Faire varier les paramètres (âge, taille, masse, sexe de l'individu). Q1.Préciser les conséquences sur le métabolisme de base de ces variables. Exprimer ce que peut signifier le métabolisme de base. Entrer vos caractéristiques. Q2. Relever votre métabolisme de base. I Faire varier ensuite les autres paramètres dont l activité physique Q3. Étudier les conséquences sur les besoins énergétiques en tenant compte de l'activité physique. I Cliquer sur "vos besoins", puis "selon vos caractéristiques". Entrer les données suivantes : votre âge, votre taille en cm, votre poids en kg et votre sexe. Entrer en heures les différents exercices physiques que vous avez l'habitude de pratiquer au cours d'une journée. Relever vos besoins énergétiques (métabolisme en tenant compte de l'activité). 2. Etablir une ration alimentaire. Cliquer sur "fichier", puis "quitter". Cliquer sur "vos apports", et sélectionner "calcul sur une journée". Sélectionner les aliments que vous avez mangé toute la journée, indiquer la quantité consommée, et cliquer sur "ajouter" pour valider votre aliment. Cliquer ensuite sur "fichier", puis "enregistrer le fichier sous ", taper votre nom et valider sur OK. Cliquer ensuite sur "fichier", puis "quitter". Cliquer sur "comparaison". Le logiciel compare vos besoins et vos apports énergétiques. Q4. Relever vos apports alimentaires et dire s ils couvrent vos besoins énergétiques. I Examiner vos besoins en glucides, protides et lipides. Proposer des modifications que vous devriez apporter à votre alimentation. I I I ApC Q5. Rechercher les conséquences d un déséquilibre d une ration alimentaire. ApC Des apports énergétiques supérieurs ou inférieurs aux besoins de l'organisme favorisent certaines maladies. - Comparer l'apport énergétique des aliments consommés aux besoins énergétiques de l'organisme. - Utiliser un logiciel pour calculer l'apport énergétique des repas d'une journée et les besoins en énergie d'un individu. - Possibilité de valider des items du B2i.: Je sais m'identifier sur un réseau ou un site et mettre fin à cette identification (1.1) Je sais accéder aux logiciels et aux documents disponibles à partir de mon espace de travail. (1.2)

14 4 La circulation sanguine Comment le sang circule-t-il pour distribuer 0 2 et nutriments aux organes? Activité Histoire de la découverte de la circulation sanguine. Une observation exacte peut parfois être à l origine d une idée fausse. Ainsi, on crut pendant longtemps que les artères transportaient de l air : en effet, lorsqu on disséquait un animal après l avoir saigné, elles étaient évidemment vides de sang! Une autre idée fausse régnait à l époque : le sang naissait dans le foie, puis se perdait dans les organes sans jamais revenir à son point de départ. Autrement dit, le sang faisait un aller sans retour! On avait fini par admettre que le sang passait à travers le cœur, mais c était tout. Il fallut attendre que le médecin anglais William Harvey ( ) prouve le contraire en Il raisonna très simplement : «D après son volume», se dit-il, «le cœur peut contenir 60 g de sang. Il bat en moyenne 72 fois par minute. Il passe par cet organe une grande quantité de sang en une journée. Si tout ce sang se perdait dans les organes, l organisme aurait à fabriquer, toutes les heures, 3 à 4 fois sa propre masse de sang!» Il fallait se rendre à l évidence : le sang décrivait une boucle. L admettre a demandé un certain temps, car les idées fausses ont la vie dure! Les fameux capillaires sanguins, qui permettent un trajet continu du sang des artères aux veines, seront découverts 4 ans après la mort de W. Harvey, lorsque le microscope nouvellement inventé permettra de les voir. Q1. Calculer la masse de sang qui traverse le cœur en une journée, appelé calcul de Harvey ppeler l hypothèse qu Harvey a ainsi validée. I Réaliser la manipulation suivante qui a pu conforter son hypothèse: - Contempler l avant-bras et ses veines superficielles sous la peau. - Examiner le même avant-bras durant une forte compression effectuée à l aide d une main où les veines sont écrasées. - Etudier le même avant-bras après relâchement : les veines ne sont plus comprimées. Déduire le sens de circulation du sang dans les veines. 2. Réalisation d un schéma de circulation sanguine. Q3. Construire, sur une feuille de format A4, un schéma général unique qui rapporte les bilans des échanges du sang réalisés avec les poumons (placés en haut de la feuille), ceux avec l intestin grêle (placé au milieu de la feuille) et ceux avec un muscle (placé en bas de la feuille). ApC / C Respecter les couleurs conventionnelles des vaisseaux selon leur enrichissement en glucose, O 2, et CO 2. Q4. Relier ensuite ces organes par des vaisseaux sanguins de façon logique. Respecter les couleurs conventionnelles. Porter alors pour chaque organe étudié les légendes suivantes : capillaire; artère ; veine. La vitesse du sang est rapide dans les artères ; elle est très faible dans les capillaires et faible dans les veines. Q5. Porter ces variations de vitesse pour chaque vaisseau sanguin. Re Formuler un problème après avoir observé les variations de vitesse du sang a b Figure 1 a et b : L irrigation de deux organes : (a) le rein ; (b) la main.

15 La circulation sanguine assure la continuité des échanges au niveau des organes. Le sang circule à sens unique dans des vaisseaux (artère, veine, capillaires) qui forment un système clos. - Les capillaires sont des vaisseaux sanguins irriguant l ensemble de chacun de nos organes. - Les veines sont des vaisseaux sanguins qui conduisent le sang des organes jusqu au cœur. - Les artères sont des vaisseaux sanguins qui conduisent le sang du cœur jusqu aux organes. - Étude critique de la représentation historique de la circulation sanguine (histoire des sciences). - Annotation d un schéma de l'appareil circulatoire et indication du sens de la circulation du sang dans les vaisseaux. - Mise en évidence du sens de circulation du sang dans une artère et dans une veine.

16 Comment le sang est-il mis en mouvement? Activité 13 Prendre son pouls (battements au niveau des artères) et le relier aux battements du cœur. Q1. Faire une observation qui permet de formuler une hypothèse I/ Observer un cœur en activité sur un document vidéo et le décrire. I A la suite de l activité précédente Q2. Formuler un problème qui se pose quant à la circulation «des sangs» dans le cœur. Proposer une hypothèse qui répond à cette circulation du sang au niveau du cœur. Pour valider l hypothèse, on se propose d observer un cœur, puis l intérieur du cœur grâce à deux dissections transversales à différents niveaux du cœur. Q3. Utiliser un objet fin pour mettre en évidence l'existence de communications entre les cavités et les vaisseaux. Re Q4. Observer les coupes et réaliser un dessin annoté d une coupe : Ventricule droit ; ventricule gauche ; cloison C Repérer une cloison longitudinale qui sépare les deux cavités en réalisant deux coupes transversales. I Comparer la forme des ventricules et l'épaisseur du muscle qui entoure les cavités. Q5. Exposer ce que vous pouvez observer courir à la surface du muscle cardiaque (myocarde). I Le sang est mis en mouvement par le cœur, muscle creux, cloisonné, fonctionnant de façon rythmique. - Observation des contractions cardiaques à l'aide d'un vidéogramme Coupe du cœur pendant le relâchement (chaque ventricule contient 120 ml de sang). Coupe du cœur pendant la contraction (chaque ventricule contient 50 ml de sang). Le cœur est un muscle qui se contracte et se relâche de façon rythmique (ce sont les battements du cœur). On peut observer ces battements grâce à une technique particulière, l'irm (imagerie par résonance magnétique), qui fait apparaître le sang en orange et le muscle du cœur en violet : - Repérage des vaisseaux au niveau du cœur - Réalisation d'une coupe transversale du cœur au niveau des ventricules - Dessiner une coupe transversale de cœur

17 Réaliser une coupe transversale d'un cœur de dinde pour observer des cavités - A l'aide du schéma du cœur de dinde ci-dessous, repérer : Les oreillettes : petites masses flasques (molles) dans la partie supérieure du cœur ; La graisse blanche : elle forme une couronne sous les oreillettes ; Les ventricules : sous la graisse, ce sont les parties les plus grosses du cœur qui se terminent en forme de pointe ; Les vaisseaux sanguins : les artères fixées sur les ventricules, à parois blanches et rigides ; et les veines fixées sur les oreillettes (souvent sectionnées, elles correspondent à des ouvertures sur les oreillettes). - A l'aide d'un scalpel, faire une coupe transversale nette et précise au niveau des ventricules, comme indiqué sur le schéma. Schéma du cœur d'agneau.

18 DISSECTION DU CŒUR DE POULET Matériel Une cuvette à dissection Une paire de ciseaux fins Une paire de gros ciseaux Une paire de pinces fines Une sonde cannelée Des gants Une pissette d eau Orientation du cœur Eliminer le péricarde. Identifier la face ventrale bombée et la face dorsale plate, la partie droite et la partie gauche. Repérer les oreillettes et les ventricules. Mettre à nu les troncs vasculaires en enlevant délicatement la graisse qui les englobe avec une pince fine et la pointe des ciseaux. Repérer si possible, les artères et les veines (Attention, chez les oiseaux, la crosse aortique est à droite). Dissection du cœur par sa face ventrale A - Si les artères sont bien visibles 1 - Dissection du cœur droit Enfoncer la sonde cannelée dans le tronc pulmonaire jusqu à ce qu elle forme une bosse au fond du ventricule droit, sans forcer. Découper la paroi de l artère et du ventricule avec les gros ciseaux guidés par la gouttière de la sonde. Constater que ce ventricule forme une cavité en périphérie du cœur qui enveloppe largement le ventricule gauche. Ouvrir l oreillette droite en partant du ventricule. Cœur vu par la face ventrale 2 - Dissection du cœur gauche Enfoncer la sonde cannelée dans l aorte jusqu à ce qu elle se bloque au fond du ventricule gauche. Découper la paroi de l aorte et du ventricule avec les gros ciseaux guidés par la gouttière de la sonde, en passant légèrement à proximité du tronc pulmonaire. Ouvrir l oreillette gauche en partant du ventricule. B - Si les artères sont difficilement identifiables Effectuer une coupe transversale (CT) au niveau des ventricules (le ventricule droit à paroi fine enveloppe le ventricule gauche plus épais). Introduire la sonde cannelée dans l aorte supposée (la sonde doit ressortir par le ventricule gauche ; si elle ressort par le ventricule droit, la sonde a été introduite dans l artère pulmonaire), Découper la paroi du ventricule et de l oreillette. Procéder de la même manière à partir de l autre artère. C - Observations Observer les valvules sigmoïdes au départ des artères. Observer les valvules auriculo-ventriculaires placées entre les oreillettes et les ventricules.

19 Comment protéger son système cardiovasculaire? Activité 14 : Prévenir une crise cardiaque Chaque année, on ne dénombre pas moins de décès suite à une crise cardiaque en France soit près de 110 morts par jour. Le grand-père de Yohann a eu un infarctus du myocarde (=arrêt du coeur) l année dernière. Actuellement, tout semble aller mieux. Mais il craint pour son avenir et décide de consulter. Vous êtes le médecin du grand-père de Yohann. Il vient vous consulter. A l aide de vos connaissances et des documents ci-joints, donner des conseils d'hygiène de vie pour éviter une nouvelle alerte cardiaque au grand-père de Yohann. Les documents Document 1 : Tableau de la fréquence des crises cardiaques en fonction de l activité physique (Bordas 3ème / 2008) Document 2 : Tableau de la fréquence des crises cardiaques en France et en Crète (Belin 5ème / 2006) France Crète Nombre de décès par accident cardiaque (par an et pour habitants) Consommation de légumes et de fruits (en kg par an et par habitant) Les personnes qui consomment au moins 3 fois par jour des fruits et légumes, ont un risque de décès réduit de 27% par rapport à ceux qui n'en consomment qu'une fois par jour. Document 3 : Graphique du nombre de crises cardiaques en fonction de la quantité des cigarettes fumées (Belin 5ème / 2006) les aides ou "coup de pouce" Aide à la démarche de résolution : Apport de savoir-faire : Apport de connaissances : Le système circulatoire peut s obstruer et provoquer en aval un arrêt de la circulation sanguine. Le bon fonctionnement du système cardio-vasculaire est favorisé par l'activité physique. Une alimentation trop riche, la consommation de tabac, l'excès de stress sont à l'origine de maladies cardio-vasculaires. - Relier un type d'accident cardio-vasculaire à des facteurs de risques -Localiser et expliquer simplement un type d'accident. - Recherche d informations sur les maladies cardio-vasculaires et les facteurs de risque (B2i)

20 Comment protéger son système cardiovasculaire? Activité 14 A partir d une recherche sur Internet en utilisant le moteur de recherche Google et les mots clés «maladies cardiovasculaires», 1. Les facteurs de risques cardiovasculaires Q1. Citer les facteurs de risques qui augmentent les maladies cardio vasculaires et dire quel mode de vie doit on adopter pour éviter ces maladies. I/ 2. Les conséquences sur le système cardiovasculaire Figure 1 : Coupe d une artère normale Figure 2 : Coupe d une artère malade (plaque d athérome) Q2. Comparer l état de surface intérieur de deux vaisseaux, l un sain (Fig.1) et l autre obstrué (Fig.2). En rendre compte et annoter : paroi de l artère régulière ; lumière du vaisseau (2 fois) ; bouchon (plaque d athérome) ; paroi de l artère déformée. C Q3. Formuler des hypothèses sur les conséquences d une obstruction d une artère. Le cœur a son propre réseau sanguin qui lui permet d irriguer le muscle cardiaque ou myocarde. Q4. Enumérer les conséquences d une obstruction de ce réseau par une plaque d athérome. Le système circulatoire peut s obstruer et provoquer en aval un arrêt de la circulation sanguine. Le bon fonctionnement du système cardio-vasculaire est favorisé par l'activité physique. Une alimentation trop riche, la consommation de tabac, l'excès de stress sont à l'origine de maladies cardio-vasculaires. - Relier un type d'accident cardio-vasculaire à des facteurs de risques -Localiser et expliquer simplement un type d'accident. - Comparaison d'une artériographie normale et d'une artériographie de malades atteints d'athérosclérose - Recherche d informations, par exemple au CDI, sur les maladies cardio-vasculaires et les facteurs de risque (B2i)

21 Dessin 1.Facteurs de risque de l athérosclérose (D après «IDE Mémo» Béliard, Prunier, Revue, Sabotin, Zagury- Ed Médicilline)

22 5 L élimination des déchets du sang. Comment sont éliminés les déchets du sang? Activité L élimination de l urée Observer l appareil urinaire relié au rein Q1. Repérer les organes : rein ; uretère ; vessie ; urètre Q2. Montrer en utilisant les résultats du tableau suivant que le rein est un organe épurateur du sang. Titre : Comparaison des déchets dans le sang et dans l urine Substances analysées Quantité dans le sang (pour 100 ml) Quantité dans l urine (pour 100 ml) Urée (mg) Dioxyde de Carbone (ml) 53 0 Retrouver l origine de ces déchets que sont l urée et le dioxyde de carbone. Dire pourquoi l organisme doit-il se débarrasser de ces déchets. Re ApC ApC Q2. Observer la vascularisation du rein présenté sur cette image. I Comparer l irrigation du rein présenté ici et celle du poumon. Figure 1 : irrigation du rein. Q3. Réaliser un schéma fonctionnel des échanges entre un rein et le sang. C 2. L élimination du dioxyde de carbone Q4. ppeler quel est l organe qui élimine le CO2 et ses caractéristiques. ApC Les déchets produits lors de la réaction chimique entre les nutriments et le dioxygène passent dans le sang. Ils sont éliminés : - dans l urine fabriquée par les reins pour les autres déchets. - dans l air au niveau des poumons pour le dioxyde de carbone expiré. - Observation d'un appareil urinaire humain sur un écorché ou sur des radiographies. - Décrire le trajet des déchets depuis le sang jusqu'à l'extérieur de l'organisme. - Observation de la vascularisation du rein - Schématisation de l'excrétion de niveau de l'alvéole pulmonaire et du rein