Le système respiratoire et la respiration

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1 Le système respiratoire et la respiration Les mouvements respiratoires Activité 1 1. La vie dans l espace et sous l eau Document 1 A : La vie sous l eau Document 1 B : La vie dans l espace 1. Expliquez pourquoi vivre sous l eau ou dans l espace pose des problèmes. 2. Qu observez-vous sur les deux photographies? 3. Combien de temps pourriez-vous tenir si vous gardez la bouche fermée et que vous vous bouchez le nez? 89 Système respiratoire

2 2. L enfant respire Document 2 A : L enfant inspire Document 2 B : L enfant expire 4. Qu observez-vous? 5. Nommez les mouvements respiratoires? 3. Variation du volume de la cage thoracique Documents 3 A et 3 B : Radiographies des poumons de l enfant au cours d un cycle respiratoire 6. Dites quels sont les organes intervenant dans les mouvements respiratoires. 90 Système respiratoire

3 7. Dites si les mouvements respiratoires sont volontaires. Justifiez votre réponse. 4. Les mouvements respiratoires Document 4 A : Variation du volume thoracique Document 4 B : Les muscles de la respiration vue de face vue de profil vue de face Document 4 C : Le rôle du diaphragme dans l inspiration et l expiration Document 4 D : Mouvement des côtes lors d un mouvement respiratoire 91 Système respiratoire

4 8. Qu observez-vous sur les schémas 4 A? 9. Dites ce qu apporte le document 4 B. 10. Identifiez sur les schémas du document 4 C les organes qui participent aux mouvements respiratoires. 11. Coloriez en bleu les mouvements d expiration et en rouge les mouvements d inspiration sur le document 4 C. 12. Les mouvements respiratoires n ont pas toujours la même amplitude. Justifiez-le. Conclusion 13. A partir de votre analyse des documents ci-dessus, complétez le tableau suivant en indiquant à chaque fois ce que font les organes au cours de l inspiration et au cours de l expiration : Organes Inspirations Expirations 1. Cage thoracique 2. Muscles intercostaux 3. Sternum 4. Poumons 5. Paroi abdominale 6. Diaphragme 7. Plèvres 14. Déterminez la caractéristique des deux phases d un mouvement respiratoire. Expliquez le rôle joué par l élasticité du tissu pulmonaire à l inspiration et à l expiration. 92 Système respiratoire

5 Les organes respiratoires Activité 2 1. Radiographie pulmonaire Document 1 : Radiographie d un poumon droit 1. Qu observez-vous sur la radiographie? 2. Nommez les structures a et b. 3. Citez les autres structures indispensables à la respiration et qui ne sont pas visibles sur cette radiographie. 93 Système respiratoire

6 2. Le système respiratoire Légende : Appareil respiratoire : - 1 fosse nasale avec les cornets nasaux - 2 pharynx - 3 poumon droit - 4 poumon gauche - 5 plèvres - 6 larynx - 7 bronche - 8 bronchiole - 9 diaphragme - 10 trachée artère Appareil circulatoire : - 11 cœur - 12 artère pulmonaire - 13 veines pulmonaires Appareil digestif : - 14 pharynx - 15 oesophage - 16 bouche Document 2 : L appareil respiratoire humain 94 Système respiratoire

7 L appareil respiratoire comprend des organes principaux, les poumons, et les voies d accès de l air. 4. Lisez attentivement la légende du document 2. Placez sur le schéma les numéros correspondant aux noms des organes légendés puis complétez le reste de la légende à l aide de vos connaissances. 3. Le larynx 5. Situez le larynx (reportez-vous au document 2). 6. Donnez le rôle du larynx, et dites ce qu il contient. 95 Système respiratoire

8 4. La trachée Document 4 : Schéma d une portion de la trachée Légende du schéma : 1 = œsophage ; 2 = cartilage ; 3 = muqueuse (tissu épithélial cilié avec des glandes glaireuses) ; 4 = fibres musculaires. 7. Situez la trachée (reportez-vous au document 2). 8. Mettre la légende au document 4 en vous aidant des mots mis ci-dessus. 9. Désignez les éléments qui permettent de classer la trachée parmi les organes respiratoires. 10. Quelle conclusion pouvez-vous tirer de l emplacement et de la structure de la trachée? 96 Système respiratoire

9 5. L irrigation des poumons - En rouge : les vaisseaux transportant le sang oxygéné - En bleu : le sang non hématosé - En blanc : les bronches et les bronchioles Document 5 A : L irrigation des poumons et du cœur 97 Système respiratoire

10 Document 5 B : Schéma d alvéoles pulmonaires La paroi de chacune des alvéoles est formée d épithélium plat en couche dont l épaisseur est de 0,4 micromètres. La surface totale des alvéoles est proche de 100 m 2. Ils sont entourés d un dense réseau de capillaires sanguins dont la longueur totale est estimée à km. La surface de diffusion entre l air et le sang fait entre 50 et 80 m A partir du texte ci-dessus et des documents 5 A et 5 B, indiquez quelles sont les caractéristiques communes aux échanges pulmonaire et intestinal (voir le chapitre sur la digestion). 12. Indiquez quel est le sens de circulation du sang. 13. Citez les vaisseaux qui apportent le sang aux poumons et ceux qui l en exportent. 14. Quelles conclusions pouvez-vous tirer? Conclusion 15. Déterminez les caractéristiques de l échange entre l air et le sang à partir des documents 2 et Faites un schéma fonctionnel illustrant ces échanges. 98 Système respiratoire

11 La ventilation pulmonaire Activité 3 Les mouvements respiratoires ont pour effet de renouveler l air des alvéoles pulmonaires. 1. Le rythme des mouvements respiratoires Age Sexe à la naissance à 5 ans à 12 ans adulte femme Homme Rythme des mouvements respiratoires Document 1 : Tableau indiquant le rythme respiratoire en fonction de l âge et du sexe 1. Dites comment varie le rythme respiratoire. 2. Recherchez d autres facteurs faisant varier le rythme respiratoire? 3. Calculez le volume d air entrant dans les poumons d un adulte toutes les minutes? (A chaque inspiration, un demi litre d air environ pénètre dans les poumons). 4. Mesurez avec un mètre de couturière le périmètre de votre cage thoracique en fin d inspiration et en fin d expiration. Faites de même après une inspiration forcée et une expiration forcée. Comparez les résultats avec ceux du document 2 de l activité 1. Que constatez-vous? 99 Système respiratoire

12 2. Les volumes respiratoires Document 2 A : Le spiromètre Le spiromètre est un instrument de mesure qui permet d apprécier les volumes d air mis en jeu dans les mouvements respiratoires. 5. A partir du schéma, cherchez à expliquer le fonctionnement du spiromètre. Document 2 B : Enregistrement des volumes ventilés au cours du temps obtenu avec un spiromètre 6. Décrivez le mouvement du stylet au cours de l inspiration puis au cours de l expiration. 7. Calculez le volume d air renouvelé au cours d un mouvement respiratoire normal. 100 Système respiratoire

13 8. Calculez le nombre de mouvements en 1 minute donnée. 3. Représentations schématiques des volumes d air dans les poumons Document 3 A : Représentation schématique des volumes respiratoires 9. Complétez et coloriez le schéma ci-dessous (3 B) en utilisant les données du schéma 3 A. 10. Calculez la capacité vitale des poumons sachant que la capacité vitale est le volume d air qu un sujet peut rejeter de ses poumons à la suite d une inspiration forcée suivie d une expiration forcée. Document 3 B : Schéma simplifié des volumes pulmonaires 101 Système respiratoire

14 Conclusion 11. Citez des facteurs qui peuvent modifier la ventilation pulmonaire? 12. Comment peut-on l améliorer? 102 Système respiratoire

15 Les échanges gazeux au niveau des poumons Activité 4 Des résultats expérimentaux obtenus chez l homme, la souris et le ver de terre permettent d expliquer la composition de l air expiré comparée à celle de l air inspiré. 1. Une caractéristique de l air expiré Document 1 A : L enfant inspire l air (début de l expérience) Document 1 B : L enfant expire l air (fin de l expérience) L air expiré trouble l eau de chaux. 1. Observez s il y a un changement dans les flacons : si oui, dites lequel et où. 2. Déduisez de vos connaissances sur la composition de l air et de l observation du résultat, la composition de l air expiré. 103 Système respiratoire

16 2. Mesure des échanges gazeux avec une souris Document 2 A : Appareil pour la mesure des échanges gazeux chez un petit animal et son schéma d interprétation Document 2 B : Appareil pour la mesure des échanges gazeux tissulaires et son schéma d interprétation 3. Montrez que les organismes (souris et vers de terre) rejettent du CO Expliquez l utilité du récipient témoin du document 2 B. 5. Observez l évolution du liquide coloré dans le tube en U. Interprétez le résultat constaté. 104 Système respiratoire

17 3. Consommation de dioxygène (O 2 ) par différents organes du corps humain Légende : Cœur Ecorce cérébrale Rein Foie Cerveau Muscles au repos : consomation de O 2 Document 3 : Histogramme montrant la consommation de O 2 par différents organes du corps humain 6. Quelles conclusions pouvez-vous tirer des résultats observés? 7. Trouvez une autre forme de représentation de ces résultats? 4. Volumes gazeux échangés Composition de l air inspiré et l air expiré (en pourcentage du volume) Gaz Air inspiré Air expiré O 2 20,79 15,3 CO 2 0,03 4,2 Vapeur d eau 0,36 6,2 Azote 78,82 74,3 Tableau 1 : Composition de l air inspiré et l air expiré (en pourcentage du volume) Document 4 A 8. Précisez la nature des échanges entre l air et le sang au niveau des poumons. 105 Système respiratoire

18 Teneur du sang en O 2 et en CO 2 (valeurs moyennes en cm 3 dans 100 cm 3 de sang) Gaz A l arrivée dans les poumons A la sortie des poumons O CO N 2 2 Tableau 2 : Teneur du sang en O 2 et en CO 2 (valeurs moyennes en cm 3 dans 100 cm 3 de sang) Document 4 B Teneur du sang en gaz : répartition des gaz entre le plasma et les hématies Gaz CO 2 CO 2 O 2 O 2 Sang hématosé Sang non hématosé Sang hématosé Sang non hématosé (sang artériel) (sang veineux) Teneur cm 3 / ,5 15 cm 3 Plasma (en %) 66% 65% 1,5% < 1% Hématies (en %) 34% 35% 98,5% > 99% Tableau 3 : Teneur du sang en gaz : répartition des gaz entre le plasma et les hématies Document 4 C Les états du CO 2 dans le sang CO 2 dissous CO 2 combiné Bicarbonates Carbo-HB Plasma Hématies Plasma Hématies (hémoglobine) Sang hématosé 3,3 2,2 63,1 26,3 5,1 Sang non hématosé 3,3 2,4 61,7 25,5 7,1 Tableau 4 : Les états du CO 2 dans le sang Document 4 D 9. Comparez les données des tableaux 1 et 2 : qu observez-vous? 10. Que pouvez-vous dire sur le transport du dioxygène (O 2 ) et du dioxyde de carbone (CO 2 ) par le sang (tableaux 3 et 4)? 11. Les gaz respiratoires se trouvent-ils dans le plasma ou dans les hématies (tableaux 3 et 4)? 12. Sous quelle forme est véhiculé l O 2? le CO 2? 13. Le CO 2 est beaucoup plus soluble dans l H 2 O que ne l est l O 2. Expliquez comment cette propriété peut intervenir pour expliquer les résultats du tableau 3? 106 Système respiratoire

19 5. Caractéristique de la fixation de l O 2 par l hémoglobine des hématies Quelques gouttes d hydrosulfite de sodium qui fixe l oxygène en l ôtant à l hémoglobine O 2 Solution d hémoglobine à l air rouge vif Document 5 : La fixation réversible du dioxygène (O 2 ) par l hémoglobine des hématies 14. Qu observez-vous? 15. Dites quel est le rôle de l hémoglobine et comment l interprétez-vous? 16. Donnez une explication à la représentation suivante : le sang hématosé en rouge et le sang non hématosé en bleu dans les schémas de circulation (voir le document 5 B de l activité 2)? 107 Système respiratoire

20 6. Les échanges gazeux pulmonaires (pression partielle supérieure à celle dans le sang à l arrivée aux poumons) Air alvéolaire (pression partielle inférieure à celle dans le sang à l arrivée aux poumons) O 2 gazeux CO 2 gazeux (100 mm de Hg) (40 mm de Hg) O 2 dissous Paroi alvéolaire CO 2 dissous Paroi capillaire O 2 dissous PLASMA CO 2 dissous O 2 dissous Hémoglobine CO 2 dissous enzymes Hydrogénocarbonate (HCO 3 ) Oxyhémoglobine (O 2 ) Carbhémoglobine (CO 2 ) HEMATIE Légende : : diffusion des gaz respiratoires : diffusion des composés de l hémoglobine Document 6 : Schéma fonctionnel des échanges respiratoires 108 Système respiratoire

21 Conclusion 17. A l aide du document 6 et de vos connaissances, récapitulez les échanges gazeux au niveau des poumons en les mettant en relation avec les phénomènes physiques observés. 18. Citez les mécanismes qui favorisent les échanges au niveau des poumons. 19. Donnez les formes de transport des gaz respiratoires au niveau des poumons. 109 Système respiratoire

22 Les échanges gazeux au niveau des tissus Activité 5 La prise en charge (ou décharge) des gaz respiratoires par le sang assure une liaison entre les alvéoles pulmonaires et les cellules de l organisme. 1. La respiration cellulaire Document 1 : Variante de l expérience de Paul Bert Paul Bert démontre de manière expérimentale en 1870 que les tissus isolés de l organisme échangent des gaz avec le milieu. L expérience représentée schématiquement ci-dessus est une variante de celle de Paul Bert. 1. L eau de chaux se trouble dans le tube A. Pourquoi? 2. Le liquide coloré monte dans le tube à essai A. Pourquoi? 3. Quel gaz a disparu dans le tube B. Pourquoi? 4. Comparez les changements dans les deux montages et concluez. 110 Système respiratoire

23 2. L irrigation sanguine des tissus Document 2 A : L irrigation sanguine des tissus (x 1000) Document 2 B : Schéma des échanges entre les cellules 5. Dites comment dans l organisme les tissus peuvent prélever de l O 2 et rejeter du CO 2 lorsqu ils ne sont pas en contact avec l atmosphère. 6. Retrouvez les milieux traversés successivement par ces deux gaz. 7. Citez les mécanismes qui favorisent les échanges entre les tissus et le sang. 111 Système respiratoire

24 3. Les échanges gazeux cellulaires O 2 dissous Paroi capillaire CO 2 dissous Lymphe interstitielle O 2 dissous CO 2 dissous Noyau Consommation de O 2 Formation de CO 2 Cellule Légende : : diffusion des gaz respiratoires : phénomène chimique Document 3 : Schéma fonctionnel montrant les échanges gazeux au niveau d une cellule 8. Analysez le document Mettez en relation le document 3 avec le document 6 de l activité Dites en quoi ces deux documents sont complémentaires. 112 Système respiratoire

25 4. La respiration cellulaire O 2 CO 2 H 2 O Nutriments Molécules riches en énergie Respiration = Oxydation Déchets azotés et autres Energie cellulaire Chaleur Synthèses Mouvements Echanges Légende : : transfert d énergie Document 4 : Schéma fonctionnel montrant le rôle de la respiration dans la cellule 11. Donnez le rôle du O 2 absorbé par les poumons et transporté par l hémoglobine. 12. Lavoisier ( ) assimilait la respiration à une combustion. C est ce qu on appelle une oxydation. Retrouvez dans quel but l homme utilise habituellement l oxydation de matières organiques. Citez les matières organiques utilisées essentiellement? 13. Donnez l origine du CO 2 et de H 2 O ainsi que celle du carbone qui entre dans la composition du CO 2? 14. Dites ce que la respiration permet d assurer au sein de l organisme. 113 Système respiratoire

26 5. Bilan sur la respiration Oxygène Aliments Milieu extérieur Poumon Digestion Intestin Assimilation Surfaces d absorption Sang Oxyhémoglobine des hématies Nutriments O 2 Oxydation = Respiration CO 2 Déchets azotés Chaleur Cellules O r g a n i s m e CO2 dissous, Hydrogénocarbonates, Combinaison CO2-Carbhémoglobine Foie Urée (Calories) Sang Poumon Rein Peau Surfaces d élimination CO2 Urine Chaleur Milieu extérieur Document 5 : Place de la respiration dans le métabolisme de l organisme 114 Système respiratoire

27 Conclusion 15. En assemblant le document 6 de l activité 4 et le document 3 de l activité 5, faites un schéma fonctionnel du mécanisme des échanges gazeux dans l organisme. 16. Observez et commentez la place de la respiration dans le métabolisme de l organisme. 17. Donner le rôle du sang dans les échanges liés à la respiration. Retrouvez les principaux vaisseaux que le sang emprunte au cours de ces échanges. 115 Système respiratoire

28 Mots clés Mots clés Alvéole : Artériole : Bronche : Capacité vitale pulmonaire : Hématie : Larynx : Mouvements respiratoires : Pharynx : Trachée Veinule : cavité en cul-de-sac. artère de petit diamètre. ramification de la trachée ou d une bronche par laquelle la circulation et la diffusion des gaz peuvent se faire entre les alvéoles pulmonaires et l air extérieur ; les bronches de petit diamètre sont dites bronchioles. volume d air d inspiration et d expiration maximale. globule rouge, cellule sanguine en disque biconcave. partie supérieure de la trachée, débouche dans le pharynx ; Il contient les cordes vocales. mouvements automatiques des poumons qui assurent la ventilation. Ce sont l inspiration et l expiration. arrière-gorge, carrefour des voies respiratoire et digestive, et de la cavité buccale. partie des voies respiratoires allant du larynx aux bronches. veine de petit diamètre. Résumé de cours Résumé de cours Les échanges gazeux pulmonaires ont pour effet de renouveler l oxygène (O 2 ) du sang et d éliminer le dioxyde de carbone (CO 2 ). La respiration est le phénomène par lequel les cellules tirent leur énergie de la matière organique. Le sang apporte aux cellules outre l oxygène (O 2 ), les matières organiques. Il les débarrasse de leurs déchets et de la chaleur qu elles dégagent. Ces échanges tissulaires se font entre le sang et les cellules par l intermédiaire de la lymphe interstitielle. 116 Système respiratoire