PARTIE A : FONCTIONNEMENT DE L ORGANISME ET BESOIN EN ENERGIE

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1 PARTIE A : FONCTIONNEMENT DE L ORGANISME ET BESOIN EN ENERGIE Introduction : Copier/coller dans la barre d adresse internet : Christophe Lemaître 100m, 9.98 secondes, record de France et champion d Europe, le 9 juillet 2010 (Oral) Rappels école primaire : Lorsque l'on réalise un mouvement, les muscles se contractent et mettent les os en mouvement, cela demande de l'énergie.

2 Rappels EPS 6 ème : Comment réagit le corps lors d un effort physique? Comment varient les fréquences cardiaque et respiratoire avec l effort? Activité (Ré) : Mesurer les fréquences cardiaques et respiratoires au repos et juste après avoir effectué 20 flexions. FREQUENCE CARDIAQUE : nombre de battements du cœur en une minute. Pour la mesurer on prend le pouls au cou ou au poignet. FREQUENCE RESPIRATOIRE : nombre de mouvements respiratoires (inspiration + expiration) en une minute. Pour la mesurer, on compte le nombre d inspiration par minute. Valeurs moyennes pour un homme adulte Au repos Juste après un effort physique Fréquence cardiaque ou pouls (nombre de battements / min) Fréquence respiratoire (nombre d inspiration / min) Nous avons mesuré nos fréquences cardiaque et respiratoire assis, au repos, puis juste après un effort (la réalisation de 20 flexions). Nous pouvons constater que : - Les fréquences cardiaque et respiratoire augmentent pendant un effort physique (musculaire). - Elles varient selon l effort réalisé. (Selon l activité des muscles). - Ces valeurs reviennent progressivement à la normale à l'arrêt de l'effort. (Ces variations sont le reflet des besoins de l'organisme.)

3 Page 57, doc. 3 : thermographie à interpréter. Quelles sont les parties du corps les plus chaudes lors de cet exercice physique? Justifier. Dans cet exercice de «développé couché», les bras, le haut du corps et le visage sont les plus chauds, car ils apparaissent en rouge sur l image. Pour les curieux : Page 69 : explications sur la transpiration. Notre corps s adapte à notre activité physique : notre cœur bat plus vite, notre respiration s accélère, on a chaud, on transpire, on devient rouge et on finit par se sentir fatigué Apport de sang. PROBLEME : Pourquoi observe-t-on de telles adaptations lors de l effort physique? Comment l'organisme procure-t-il aux organes l'énergie nécessaire à leur activité? CHAPITRE 1 : La production d énergie nécessaire au fonctionnement des organes I. Pourquoi le corps doit-il s adapter lors d un effort? Hypothèses : Le muscle a besoin des adaptations de l organisme pour fonctionner. Pour avoir de l énergie, on mange : il faut amener ces éléments nutritifs aux muscles. Pour fonctionner les muscles trouvent ce dont ils ont besoin dans le sang 1) Quels sont les besoins des muscles et des organes en général? Activité 1 : Raisonner sur les besoins d un muscle Capacités testées : S informer en lisant un graphique Interpréter des résultats et tirer une conclusion Communiquer - en complétant un tableau - par écrit

4 Résultats des expériences Expérience 1 : LE TEMOIN Expérience 2 : L EXPERIENCE Montage expérimental en début d expérience EXAO (expérimentation assistée par ordinateur) Temps Quantité de (minutes) dioxygène (%) Temps Quantité de (minutes) dioxygène (%) Conclusion (description) (description) La teneur en dioxygène reste stable dans le La teneur en dioxygène diminue dans le bocal A, vide, sans muscle. bocal B, contenant le muscle frais. (Interprétation) On en conclue que le muscle consomme le dioxygène présent dans le flacon B. 1. Comment peut-on appeler l expérience 1 (note son nom dans la case correspondante)? (RC) 2. Complète les tableaux de résultats à partir des graphiques. 3. Décris, sous chaque graphique, les résultats de l expérience EXAO, en une courte phrase. 4. Résume en une courte phrase, dans la dernière ligne du tableau, la conclusion de cette expérience. Voir fiche méthode «la démarche scientifique»

5 Activité 2 : S informer à partir de photographies 1) Observer les photographies et les comparer. Plus c est violet, plus le muscle contient une réserve de glucose nommée le glycogène. La coloration violette est plus claire dans un muscle en activité que dans un muscle au repos. On observe donc que la coloration du muscle diminue pendant l effort physique. 2) Que s est-il passé? Pendant l effort il y a une diminution de la quantité de glucose dans le muscle. 3) Comment expliquer la différence observée? Le muscle consomme du glucose pendant l effort. (Apport d énergie pour le muscle en activité). Muscle avant l effort (a) Muscle après l effort (b) Coloration (forte ou faible) forte faible Quantité de glucose dans forte faible le muscle (forte ou faible) Conclusion Le muscle a utilisé le glucose présent. BILAN : Les muscles utilisent du dioxygène et du glucose. 2) Existe-il des déchets rejetés par les organes? Activité 3 : comprendre une expérience utilisant un réactif, l eau de chaux L eau de chaux est une eau limpide très riche en calcium. Elle se trouble et forme un précipité blanc laiteux en présence de dioxyde de carbone (un gaz présent en faible quantité dans l atmosphère). L eau de chaux est donc un réactif qui, en se troublant, met en évidence la présence de dioxyde de carbone. Schéma de l expérience Tube fermé avec muscle EAU TROUBLEE Précipité blanc laiteux Eau de chaux Tube fermé sans muscle EAU LIMPIDE TUBE DE L EXPERIENCE TUBE TEMOIN 1. Décris ce que tu observes. (Les résultats) L eau de chaux en présence du muscle se trouble, alors qu elle reste limpide dans le tube sans muscle. 2. Rédige ta conclusion. On en conclue que le muscle dégage du dioxyde de carbone. BILAN : Les muscles rejettent du dioxyde de carbone.

6 Photographies présentant l expérience réalisée en cours par le professeur. 3) Où circulent ces éléments? Artériographie du pied : mise en évidence des vaisseaux sanguins du pied. D après les documents pages (photographies prises au microscope), les muscles sont richement irrigués, le sang y circule dans des vaisseaux sanguins, très fins appelés capillaires. Pour les curieux : Page 69 : explications sur l artériographie.

7 II. Comment le muscle est-il approvisionné en dioxygène et glucose? 1) Comment varient les échanges entre le muscle et le sang? Activité 4 : s informer, communiquer et raisonner sur les échanges au niveau du muscle 1. Observer les photographies pages et émettre une hypothèse sur l origine du glucose et du dioxygène. Je suppose que ces éléments proviennent du sang. 2. Ecrire la conséquence prévisible de votre hypothèse. Voir fiche méthode «la démarche scientifique» Si j ai raison, alors les quantités de glucose et de dioxygène sont plus élevées dans le sang arrivant au muscle que dans le sang qui en repart. 3. Compléter le tableau ci-dessous, à partir des données du livre (p. 63 doc 4 et p.64 doc 2). Muscle au repos Sang entrant Sang sortant dans le muscle du muscle Eléments du sang (100 ml) (100 ml) Dioxygène en ml Dioxyde de carbone en ml Glucose (sucre) en mg Teneur en différentes substances du sang entrant et sortant au niveau d un muscle au repos. 4. Comparer ensuite le sang entrant et sortant d un muscle au repos. La quantité de dioxygène dans le sang sortant du muscle est moins élevée que dans le sang entrant. La quantité de dioxyde de carbone dans le sang sortant du muscle est plus élevée que dans le sang entrant. La quantité de glucose dans le sang entrant dans le muscle est plus élevée que dans le sang sortant. 5. Conclure : l hypothèse est-elle validée? Oui, elle est validée. Le glucose et le dioxygène parviennent par le sang au muscle. Muscle en activité Teneur en glucose pour 100mL de sang Teneur en dioxygène pour 100mL de sang Teneur en dioxyde de carbone pour 100mL de sang Sang entrant Sang sortant du dans le muscle muscle 90 mg 80 mg 20 ml 4 ml 42 ml 62 ml Teneur en différentes substances du sang entrant et sortant au niveau d un muscle en activité. 6. Comparer les échanges réalisés avec le sang, par le muscle au repos et ceux effectués par le muscle en activité. Conclure. On constate des échanges similaires, le muscle a toujours besoin de glucose et de dioxygène et rejette du dioxyde de carbone. Mais ces échanges sont plus intenses quand il est en activité (il a plus de besoins et produit plus de dioxyde de carbone). BILAN : Les muscles utilisent en permanence (des nutriments*) du glucose (un sucre) et du dioxygène apportés par le sang et y rejette du dioxyde de carbone et des déchets. Ces échanges augmentent avec l activité physique. *un nutriment est aliment digéré circulant dans le sang.

8 2) Comment l'organisme satisfait ses besoins accrus lors d'un effort physique? Activité 5 : (Ra) Comprendre comment l'organisme satisfait ses besoins accrus lors d'un effort physique Débits Au repos Lors d une faible activité physique Organes Cerveau Reins Peau Muscles Pour les curieux : le corps humain contient en moyenne 60 % d eau, 5 litres de sang et Km de vaisseaux sanguins. Muscle cardiaque Tube digestif Poumons Variations des débits sanguins (ml / min) à l entrée de différents organes au cours d une activité. Aide pages : Le débit sanguin est la quantité de sang circulant dans un organe en un temps donné. 1) Comparer les débits sanguins des muscles au repos et en activité. (De 1250 ml/min à ml/min) Le débit sanguin est dix fois plus élevé dans les muscles en activité que dans les muscles au repos. 2) Même question pour le cœur. (De 250 ml/min à 750 ml/min) Le débit sanguin est trois fois plus élevé dans le cœur en activité qu au repos. 3) Répondre au problème posé : comment l organisme apporte-il les éléments nécessaires au fonctionnement des organes? L organisme satisfait ses besoins en augmentant la quantité de sang circulant en une minute dans les organes actifs (cœur, poumons, peau, muscles). On constate que le débit sanguin reste constant au niveau du cerveau et baisse dans les organes non indispensable lors de l effort (exemple : les reins) BILAN : Les échanges entre le sang et les organes ont lieu en permanence au niveau des vaisseaux sanguins très fins et nombreux : les capillaires. Le sang approvisionne les organes en dioxygène et nutriments et ils y rejettent des déchets dont le dioxyde de carbone. En activité, la fréquence cardiaque augmente, ce qui accélère le débit sanguin dans les muscles, pour intensifier les échanges entre les muscles et le sang. Définition : UN CAPILLAIRE : vaisseau sanguin très fin, très nombreux où s effectuent les échanges entre le sang et les organes.

9 III. Comment est produite l énergie nécessaire aux organes? Hypothèse : le glucose et le dioxygène fournissent l énergie et permettent aux organes de fonctionner. Activité 6 : comprendre comment le dioxygène et les nutriments (glucose) sont utilisés par les organes Question : A l aide des documents ci-dessous, établissez un lien entre la dépense en énergie, l utilisation de dioxygène et de glucose et les activités physiques. Doc. 1 Doc. 2 Pour les curieux : L énergie est mesurée en Joules ou Calories. La calorie n est plus utilisée en physique mais son emploi persiste en diététique (voir paquets d emballages alimentaires). La calorie est définie comme la quantité de chaleur nécessaire pour élever la température d un gramme d eau de 14, 5 C à 15, 5 C, sous la pression atmosphérique normale. 1 calorie = 4,1855 joules Doc. 3

10 Doc. 3 La dépense d énergie semble dépendre du type d exercice physique ou intellectuel. On dépense de l énergie tout le temps, même en dormant (doc. 2). D après le document 3, plus on fait un effort, plus on dépense d énergie et plus on utilise du dioxygène et du glucose. Pour pouvoir dépenser cette énergie, il est nécessaire de consommer du dioxygène et du glucose en quantité suffisante. Le glucose provient de notre alimentation, le dioxygène de l air (doc. 1). Doc. 4 Il est important de se nourrir pendant un exercice prolongé car les muscles consomment beaucoup de glucose et que ce même glucose est indispensable au fonctionnement du cerveau. C est l organe le plus gourmand, il utilise près de 30% du glucose total, circulant dans l organisme. Dès qu il est en manque de glucose, on ressent une fatigue, voire on peut «tomber dans les pommes». Il faut donc se nourrir régulièrement (le petit déjeuner est très important!) pour l approvisionner en glucose.

11 Doc. 5 Les crampes et les courbatures sont liées à une mauvaise élimination des déchets produits par le fonctionnement musculaire. Le sang ne circule pas correctement dans les muscles. Le point de côté apparaît quand le diaphragme et les muscles permettant la respiration ne reçoivent pas assez de dioxygène. Cela peut correspondre à un débit sanguin trop lent. Enfin les «fourmis» apparaissent quand le sang recommence à circuler dans une zone qui a été comprimée, donc privée de sang (de dioxygène et de glucose). * Doc. 6 * Définitions La combustion est la décomposition d une matière en présence de dioxygène, qui produit de l énergie (par exemple de la chaleur). Une réaction chimique est la transformation de composés chimiques en d autres. Certaines réactions chimiques libèrent de l énergie. Doc. 6 et 7 Questions : 1. Expliquez l observation faite par le docteur Meyer, quant au rôle du dioxygène dans la production de chaleur. 2. D après vous, comment est produite l énergie pour faire fonctionner les muscles et tous les organes?

12 Sang entrant Energie transformée sous forme de chaleur Doc. 7 : l utilisation du glucose et du dioxygène par un organe 1) Le docteur Meyer a remarqué que le sang des personnes vivant dans les pays chauds est plus rouge et plus oxygéné que celui des personnes vivant dans les pays froids. Il émit alors l hypothèse suivante : «le dioxygène présent dans le sang est utilisé pour la combustion des aliments dans le but de produire de la chaleur.» 2) L énergie pour faire fonctionner les muscles et tous les organes provient d une réaction entre le dioxygène et les nutriments (aliments digérés, circulant dans le sang tel que le glucose). On remarque sur ce graphique que le glucose sans dioxygène apporte 1 Kj, alors qu en présence du dioxygène, un gramme de glucose libère 16 Kj (énergie). BILAN: Dans les organes, une réaction chimique a lieu entre le dioxygène et les nutriments (glucose ). Cette réaction produit du dioxyde de carbone et de l eau (déchets évacués dans le sang) et de l énergie. Une partie de l énergie sert au fonctionnement des organes (muscle, cœur, cerveau ). L autre partie de l énergie produite est transformée en chaleur, ce qui explique l élévation de notre température corporelle et la transpiration lors d un exercice physique.

13 Légende : le dioxygène est en rouge, le glucose en vert et le dioxyde de carbone en bleu. SANG ENTRANT Riche en dioxygène et glucose. Pauvre en dioxyde de carbone. Schéma-bilan : Le fonctionnement d un organe (muscle) et production d énergie SANG SORTANT Pauvre en dioxygène et glucose. Riche en dioxyde de carbone. (Réaction chimique) + eau (déchets) Augmentation du débit sanguin

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