Chapitre. L approvisionnement en nutriments, source d énergie. Les options pédagogiques du chapitre

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1 Chapitre 5 L approvisionnement en nutriments, source d énergie Les options pédagogiques du chapitre Le chapitre 3 a permis de montrer que le fonctionnement des organes nécessite des nutriments apportés par le sang. Dans ce chapitre, on étudie comment la digestion permet la transformation des aliments en nutriments (activités 1 et 2), puis comment l absorption rend possible le passage des nutriments dans le sang (activité 3). Dans les activités 4 et 5, on établit la relation entre l apport et les dépenses énergétiques. Les aliments sont source d énergie : l apport énergétique dépend de la qualité et de la quantité des aliments apportés. Cet apport doit compenser la dépense énergétique, variable selon différents facteurs, comme l activité ou l âge. Le constat d'un déséquilibre et la recherche de ses causes permettent de sensibiliser les élèves à un véritable problème de santé publique, l obésité. 29

2 Les activités du chapitre Activité 1 Le trajet des aliments dans l organisme Cette activité ouvre le chapitre en présentant l anatomie du tube digestif. La dissection d un lapin et le schéma d interprétation correspondant illustrent cette notion (doc. 1 et 2). Ce choix peut servir de référence si le professeur envisage la dissection de l appareil digestif d un mammifère. Le schéma d interprétation fournit aussi l occasion de rappeler aux élèves les consignes du dessin d observation (proportions respectées, formes réalistes, traits de légendes à la règle ). À l issue de la partie A, l élève connaît donc les organes du tube digestif et sait les situer sur lui-même. La partie B de l activité montre la progression des aliments dans le tube digestif au cours du temps grâce à l'imagerie médicale (doc. 3). La structure anatomique des organes concernés permet d expliquer la progression du bol alimentaire (doc. 4). ( Réponses aux questions pour résoudre le problème 1. Les différents organes de l'appareil digestif sont : la bouche, l œsophage, l estomac, le foie, l intestin grêle, le gros intestin et l anus. 2. La bouche, l œsophage, l estomac, l intestin grêle, le gros intestin et l anus sont des organes traversés par des aliments, mais pas le foie. 3. Les déchets présents dans le gros intestin proviennent de la digestion des aliments dans le tube digestif. 4. Il s écoule en moyenne de 9 h à 10 heures pour la progression des aliments de la bouche à l'intestin, et 15 h pour la progression des déchets dans le gros intestin. 5. Les organes du tube digestif contiennent des muscles qui se contractent régulièrement et qui font avancer les aliments dans le tube digestif. Les aliments avalés par la bouche traversent l œsophage, l estomac, l intestin grêle, puis les déchets transitent par le gros intestin et sont éliminés par l anus. Activité 2 Des aliments aux nutriments La notion de nutriment a été abordée succinctement dans le chapitre 3. La partie A de l activité montre que le bol alimentaire change d'aspect au cours de la digestion (doc. 1). Des morceaux d aliments, repérables dans la bouche, ne le sont plus dans l intestin. Les nutriments sont donc des substances de très petite taille. Néanmoins, la transformation moléculaire des aliments en nutriments, hors programme, n est pas traitée ici. La partie B de l activité met en évidence l action des enzymes digestives, sans détailler ni leurs noms ni leurs rôles (hors programme). Une place est accordée à l histoire des sciences avec les travaux de Réaumur ( ) sur la digestion (doc. 2). Nous complétons leur étude par une expérience de digestion in vitro (doc. 3). 30 Chapitre 5

3 ( Réponses aux questions pour résoudre le problème 1. Dans la bouche, les aliments sont découpés en petits morceaux. Dans l estomac, les aliments sont présents sous forme de bouillie. Dans l intestin grêle, les aliments sont sous forme liquide. 2. Une grande partie de la viande a disparu, il n en reste qu un petit morceau. 3. Le tube en fer protège la viande des contractions musculaires des organes du tube digestif. 4. L'hypothèse confirmée par l'expérience de Réaumur est la seconde : «les aliments sont rendus liquides par des substances chimiques sécrétées par les organes». Les trous dans le tube en fer ont en effet permis aux substances chimiques d agir, alors que les contractions musculaires des organes du tube digestif étaient inopérantes. 5. Dans le tube 1, le blanc d œuf a disparu et on observe à la place un liquide blanchâtre. 6. En fin d expérience, le blanc d œuf est intact dans le tube 2 ne contenant que de l eau. C est donc l enzyme présenté dans le tube 1 qui a transformé le blanc d œuf en liquide blanchâtre : l enzyme est responsable de la digestion de l œuf. Les aliments sont transformés en nutriments sous l effet de substances chimiques, les enzymes, sécrétées par les organes du tube digestif. Activité 3 L absorption des nutriments L approvisionnement de l organisme grâce à une perfusion (doc. 1) permet de rappeler le rôle du sang dans le transport des nutriments. La photographie d une anse très irriguée de l intestin grêle met en relation la vascularisation de cet organe et le passage des nutriments dans le sang (doc. 2). Pour confirmer cette idée, un tableau comparatif de la quantité de nutriments dans le sang à l entrée et à la sortie de l intestin grêle confirme cette idée (doc. 3). La deuxième partie de l activité montre les replis de la paroi interne de l intestin grêle où s effectue l absorption, les villosités (doc. 4 et 5). Comme pour les échanges alvéolaires, l absorption intestinale est optimisée du fait de la finesse des parois des villosités et de la taille de la surface d échange (doc. 6). ( Réponses aux questions pour résoudre le problème 1. La perfusion apporte au malade les nutriments dont il a besoin directement dans son sang, remplaçant ainsi les nutriments apportés d habitude par la digestion. 2. L intestin grêle est irrigué par de nombreux vaisseaux sanguins. 3. Dans 100 ml sang arrivant dans chacun de ces organes, il y a 90 mg de glucose. Il n en reste plus que 87 mg dans 100 ml de sang sortant de l estomac et du gros intestin, mais il y en a 180 mg dans 100 ml de sang sortant de l intestin grêle. Il y a donc beaucoup plus de glucose dans le sang sortant de l intestin grêle que dans le sang sortant de l estomac ou du gros intestin. 4. Les nutriments traversent la paroi de l'intestin grêle et passent dans le sang. 5. La paroi interne de l intestin grêle est constituée de très nombreux replis, les villosités. En outre, cette paroi est très fine et elle est irriguée par de nombreux vaisseaux sanguins. 6. La surface réelle de l intestin grêle est beaucoup plus grande que sa surface théorique du fait de la présence de très nombreuses villosités. (Comme pour les alvéoles pulmonaires, on obtiendrait une très grande surface en dépliant toutes ces villosités.) 7. L absorption des nutriments est favorisée par la présence de très nombreuses villosités, qui augmentent la surface d échange. Les nutriments passent dans le sang en traversant les parois des villosités intestinales. L absorption intestinale est facilitée par les caractéristiques de la surface d'échange (grande surface, paroi fine et irrigation importante). L approvisionnement en nutriments, source d énergie 31

4 Activité 4 Apports et dépenses d énergie Cette activité illustre une partie nouvelle du programme de cinquième : «les aliments sont source d énergie». Les aliments apportent en effet de l énergie à l organisme, et plusieurs facteurs, dont l activité physique, contribuent à la dépense énergétique. La partie A de l activité montre que les aliments n ont pas tous la même valeur énergétique (doc. 1). Le choix d aliments que les élèves connaissent bien les oriente, mais les valeurs indiquées en kj permettent un calcul plus rigoureux. Dans une approche simplifiée, on montre que la valeur énergétique d un aliment est en outre largement liée à la quantité de glucides ou de lipides qu il contient (doc. 2). La partie B de l activité est consacrée à l étude de la dépense énergétique. Celle-ci varie en fonction de certains facteurs, comme l activité physique (doc. 3), ainsi que l âge et le sexe (doc. 4). ( Réponses aux questions pour résoudre le problème 1. Les aliments du premier groupe (photo du haut) sont riches en énergie, comme les chips (2 429 kj pour 100 g) et les rillettes (2 512 kj pour 100 g), alors que les aliments du second groupe (photo du bas) apportent peu d énergie, comme les haricots verts (134 kj pour 100 g) et la laitue (59 kj pour 100 g). 2. Les aliments les plus riches en énergie contiennent soit beaucoup de glucides (pâtes, chocolat), soit beaucoup de lipides (rillettes, mayonnaise). La sole ou la salade, peu énergétiques, contiennent peu de glucides et de lipides. 3. Entre 6 et 7 heures de sommeil correspondent à une dépense énergétique égale à celle de 1 heure de sport. 4. Les dépenses énergétiques diminuent avec l âge. Elles sont plus élevées chez l adolescent en période de croissance et moins élevées chez l homme âgé dont l activité physique est faible. 5. À activité égale, la dépense énergétique est plus élevée chez les hommes que chez les femmes. 6. Chez un homme, la dépense énergétique varie avec l activité physique et avec l âge. La quantité d énergie contenue dans les aliments, dépend de leur teneur en lipides et glucides. Les dépenses varient selon l'âge et l'activité. Activité 5 L équilibre énergétique de l organisme Des apports énergétiques équivalents aux dépenses entraînent un poids stable. Cependant, les déséquilibres énergétiques existent aussi. Cette activité permet d en chercher les causes et d en expliquer les conséquences sur la santé. La partie A de l activité montre que les repas d un sportif un jour de repos et un jour de compétition n apportent pas la même quantité d énergie (doc. 1). De même, deux activités physiques différentes ne consomment pas la même quantité d énergie (doc. 2). L équilibre est réalisé quand les apports énergétiques sont égaux aux dépenses, ce que nous illustrons par la journée-type d un adolescent (doc. 3). Les déséquilibres alimentaires, a contrario, peuvent engendrer des maladies graves comme l obésité (doc. 4). La partie B de l activité en explique les causes (doc. 5 et 7) et fournit à l élève l IMC, indicateur de surpoids facile à calculer (doc. 6). 32 Chapitre 5

5 ( Réponses aux questions pour résoudre le problème 1. Valeur énergétique du repas d un cycliste un jour de compétition : = kj. Valeur énergétique du repas d un cycliste un jour de repos : = kj. 2. D après le graphe, un cycliste dépense entre 400 et 500 kj pendant 30 min. Si la course dure 6 h, sa dépense énergétique sera environ kj plus élevée qu un jour normal. Il doit consommer un repas beaucoup plus riche en énergie. 3. Les apports énergétiques sont égaux aux dépenses (9 400 kj). 4. L'IMC de Luc est de 21, son poids est donc normal. Celui de Yann est de 31, il souffre donc d obésité. 5. Les aliments qui composent les repas de Yann sont très riches en énergie (frites, hamburgers), d où des apports énergétiques ( kj) très supérieurs aux dépenses ( kj). 6. Yann peut diminuer son IMC en réduisant son apport énergétique en consommant des aliments moins riches en énergie et en augmentant sa dépense énergétique en faisant davantage d activité physique. 7. Pour prévenir l obésité, il faut avoir une hygiène de vie équilibrée en consommant des repas limitant l apport énergétique et en exerçant une activité physique. Un déséquilibre alimentaire est dû à un apport énergétique trop important et une dépense énergétique insuffisante. Pour atteindre l équilibre, il faut donc réduire l apport et augmenter la dépense pour qu ils soient égaux. Corrigé des exercices Teste tes connaissances a) Les aliments subissent une transformation mécanique dans les organes du tube digestif et une transformation chimique sous l action des enzymes digestives. b) Les nutriments passent dans le sang au niveau des villosités de l intestin grêle. c) Un déséquilibre alimentaire et l inactivité physique peuvent causer l obésité. Seule la réponse b) est juste. a) On réalise une expérience de digestion dans un tube à essai en transformant un aliment en nutriments par l action d enzymes digestives. b) L intestin transforme les aliments en nutriments par l action d enzymes digestives. c) Les aliments progressent dans le tube digestif grâce aux contractions des muscles de certains organes du tube digestif. d) Une alimentation trop riche peut favoriser l obésité. e) L âge, le sexe, l activité physique font varier les dépenses énergétiques. Découvre avec l informatique 4 b) L eau seule n a pas d action, alors que la pepsine dissout complètement les petits morceaux d œuf. d) La pepsine ne dissout pas complètement les gros morceaux d œuf. e) La mastication permet d obtenir des petits morceaux d aliments sur lesquels les enzymes digestives agissent plus efficacement. L approvisionnement en nutriments, source d énergie 33

6 a) De haut en bas : la bouche, l œsophage, l estomac, l intestin grêle, le gros intestin, l anus. b) Les nutriments passent dans le sang au niveau de l intestin grêle. a) La digestion complète d un repas riche en fibres dure un peu plus de 15 heures. b) La digestion complète d un repas pauvre en fibres dure environ 27 heures. c) Manger des aliments riches en fibres permet une meilleure progression des aliments dans le tube digestif, ce qui diminue le temps de digestion. a) À la suite d un accident mal soigné, les parois de l estomac d Alexis Saint-Martin se sont soudées à sa peau, laissant l organe en contact avec l extérieur du corps. b) Les enzymes digestives prélevées dans l estomac d Alexis Saint-Martin ont dissous le morceau de viande bouillie (plus tendre que de la viande crue). c) Le morceau de viande placé dans l estomac est digéré sous l action des enzymes digestives présentes dans cet organe, comme dans la première expérience. a) Un homme sain n élimine que 15 % des nutriments issus de la digestion dans ses selles, alors qu un homme sans intestin grêle en élimine la totalité. b) L absorption intestinale des nutriments est ainsi mise en évidence. c) La solution administrée quotidiennement à un homme sans intestin grêle contient des nutriments. d) L absorption intestinale étant impossible, les nutriments sont injectés directement dans le sang qui les transporte jusqu aux organes, permettant ainsi leur fonctionnement. a) La valeur énergétique d une assiette composée de 100 g de charcuterie et de 200 g de pâtes est environ de : kj kj = kj. b) La valeur énergétique d une assiette composée de 100 g de poisson blanc et de 200 g de légumes verts est environ de : 700 kj kj = 900 kj, valeur très inférieure à celle du premier repas. c) Repas varié pour un adolescent d environ kj : 200 g de viande de porc (2 500 kj), 200 g de riz (3 000 kj), 100 g de fruits (250 kj). 10 a) Pour Félix, l apport énergétique est égal à la dépense ( kj). Pour Arthur, l apport énergétique est très supérieur à la dépense ( kj > kj). Pour Naïma, l apport énergétique est très inférieur à la dépense (8 000 kj < kj). b) Le poids d Arthur augmente, car l apport énergétique est très supérieur à la dépense. Cela signifie qu il mange beaucoup et a peu d activité physique. c) Le poids de Naïma diminue, car l apport énergétique est très inférieur à la dépense. Cela signifie qu elle mange peu et a une grande activité physique. d) Pour retrouver un poids normal, Arthur devrait avoir une alimentation moins riche pour diminuer son apport énergétique et avoir davantage d activité physique pour augmenter sa dépense énergétique. Naïma devrait quant à elle avoir une alimentation plus riche pour compenser sa dépense énergétique. 34 Chapitre 5