3.1 Le double rôle du système respiratoire

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2 3.1 Le double rôle du système respiratoire Le système respiratoire est constitué d un ensemble d organes dont la fonction est de permettre un échange gazeux entre l air et le sang. Les 2 gaz impliqués dans l échange sont le dioxyde de carbone ( CO 2 ) et le dioxygène ( O 2 ). Le dioxygène est le gaz produit par les végétaux grâce à la photosynthèse : CO 2 + H 2 O + Énergie solaire glucides + O 2 Le dioxygène produit par les végétaux est rejeté dans l atmosphère et devient donc disponible pour les animaux ( dont l humain ).

3 Le dioxyde de carbone est le produit de la combustion. Les animaux produisent du CO 2 ( un déchet ) qu ils doivent éliminer car ce gaz devient toxique s il s accumule en grande quantité dans l organisme. Chacune des cellules de votre corps a besoin d énergie qu elle obtient grâce la réaction chimique appelée respiration cellulaire ( c est une réaction de combustion impliquant le dioxygène ). Cette combustion dans vos cellules s effectue selon la réaction chimique suivante : Glucides + O 2 CO 2 + H 2 O + Énergie Lipides (Protéines) Ainsi, nos fournisseurs d énergie réagissent avec le dioxygène inspiré pour libérer cette énergie et la rendre disponible pour nos milliards de cellules.

4 Votre système respiratoire a donc une double fonction : Approvisionner à chaque inspiration vos milliards de cellules en dioxygène. Le rôle du dioxygène : réactif essentiel à la réaction de combustion qui permet la libération de l énergie contenue dans les aliments. Éliminer à chaque expiration le dioxyde de carbone ( un déchet toxique ) produit par vos milliards de cellules lors de la réaction de combustion. On peut constater l échange de ces 2 gaz en comparant la composition en O 2 et en CO 2 de l air inspiré et de l air expiré : 0,04% Moins de 1% diazote 5% Moins de 1% diazote 21% dioxygène 16% dioxygène 78% dioxyde de carbone autres 78% dioxyde de carbone autres Air inspiré Air expiré Question : que constatez-vous en observant les variations du pourcentage de dioxyde de carbone et de dioxygène entre l air inspiré et l air expiré?

5 3.2 Anatomie et physiologie du système respiratoire A) Anatomie du système respiratoire Le système respiratoire se compose de 2 parties : les voies respiratoires et les poumons. Trachée et bronches : de la tuyauterie! Les voies respiratoires ( c est votre tuyauterie dans lequel l air circule ) comprennent la bouche et les fosses nasales, le pharynx, le larynx, la trachée et les bronches. Les poumons sont constitués de très petits tuyaux appelés les bronchioles et d une multitude de petits sacs microscopiques : les alvéoles. C est au niveau des alvéoles que s effectue l échange gazeux.

6 Le système respiratoire

7 B) Physiologie du système respiratoire 1. Les modifications que subit l air en pénétrant nos voies respiratoires L air qui pénètre dans vos voies respiratoires ( votre tuyauterie ) subit trois modifications tout au long du trajet qui mène aux alvéoles. L air est filtré : Par les poils du nez. Par le mucus : substance fabriquée par les cellules de la paroi des voies respiratoires ; tout le long de votre tuyauterie ( fosses nasales-pharyx-larynxtrachée-bronches-bronchioles ), ce mucus collant emprisonne la poussière et les bactéries présents dans l air. Ce mucus est composé d eau ( 97% ) et de protéines qui donnent l aspect visqueux et collant. Par les cils vibratiles qui tapissent la paroi de votre tuyauterie ( des fosses nasales jusqu aux bronchioles ). Ces fins petits poils invisibles à l oeil nu vibrent constamment pour faire remonter le mucus chargé de poussière jusqu au pharynx ; nous avalons ensuite ce mucus en même temps que notre salive tout au long de la journée.

8 Noyau de la cellule ciliée

9 L air est humidifié : Grâce au mucus riche en eau qui est fabriqué tout le long des voies respiratoires. Cette eau s évapore quand l air entre dans nos voies, ce qui protège les alvéoles qui doivent recevoir de l air humide sinon, ces alvéoles dont la paroi est de 0,3 micromètres ( cent fois plus mince qu une feuille de papier ) deviendraient secs et cassants ( une catastrophe, non? Nos poumons s effriteraient ). L air est réchauffé : Grâce aux nombreux et minuscules petits vaisseaux sanguins appelés capillaires sanguins qui se trouvent dans la paroi de vos voies respiratoires. Ces vaisseaux transportent du sang chaud, l air capte cette chaleur et donc, les alvéoles ne risquent pas de geler.

10 2. Les caractéristiques et fonctions exercées par chacune des structures du système respiratoire Les fosses nasales : ce sont 2 cavités situées à l intérieur du nez ; elles sont tapissées de poils et de cellules ciliées qui filtrent l air pour capter la poussière ; elles sont recouvertes de mucus pour capter la poussière et pour humidifier l air. La paroi riche en capillaires sanguins permet de commencer le réchauffement de l air. Le pharynx : cette région située derrière la langue est le carrefour des voies respiratoires et digestives. Le larynx : organe fait de cartilage ; c est le début de la trachée. L épiglotte ( fait de cartilage et de muscle ) sert de trappe qui ferme l entrée de la trachée lorsque nous avalons, ce qui permet à la bouffe de se diriger dans l oesophage. Si on gêne ce réflexe ( parler en mangeant par exemple ), la bouffe peut emprunter le mauvais tuyau et venir bloquer la trachée : on tousse ou on s étouffe. Le larynx contient nos cordes vocales. La trachée : ce tuyau de 12 cm de long est constitué d anneaux de cartilage superposés, ce qui en fait un tuyau rigide. La surface interne est tapissée de mucus ( emprisonne la poussière et humidifie l air ) et de cellules ciliées ( cellules avec cils vibratiles ) pour remonter ce mucus encrassé vers le larynx pour y être ensuite avalé. Bien sûr, les capillaires sanguins dans la paroi réchauffe l air.

11 Les voies respiratoires supérieures : Fosses nasales bouche luette palais pharynx langue vertèbres épiglotte larynx oesophage trachée

12 Les bronches : la trachée se divise en 2 bronches principales ( une gauche et une droite ) ; elles sont aussi constituées d anneaux de cartilage et la paroi interne comporte des cellules ciliées et du mucus. Les bronches filtrent, réchauffent et humidifient l air. Les bronches se divisent plusieurs fois ( environ 23 fois ) en rapetissant de diamètre à chaque division. Les fosses nasales, le pharynx, le larynx, la trachée et les bronches constituent les voies respiratoires : un système de tuyauterie acheminant l air vers les poumons. Les poumons comprennent les structures suivantes : les bronchioles et les alvéoles. Les bronchioles : Les bronches terminent leur chemin en de très fins petits tubes ( visibles au microscope ) appelés bronchioles. Chaque bronchiole aboutit à une grappe d alvéoles. Les bronchioles font moins d un millimètre de diamètre et ne sont pas faits de cartilage. Les bronchioles sont riches en celllules ciliées ( cils vibratiles ). L air y est réchauffé, humidifié et filtré. Les alvéoles : les poumons sont constitués des bronchioles et des alvéoles. Les bronchioles aboutissent aux alvéoles qui sont regroupés en grappes appelées sacs alvéolaires. Les alvéoles sont de microscopiques petits sacs à paroi très mince ( 0,3 micromètre : une seule couche de cellules! ).

13 Les poumons d une personne comportent environ 300 millions d alvéoles. La surface totale de toutes alvéoles d une personne suffirait à tapisser le plancher de votre classe de sciences!!!! La paroi très mince des alvéoles: les molécules de dioxygène et de dioxyde de carbone peuvent traverser cette mince paroi ; le rôle des alvéoles est vital : c est là que s effectue l échange gazeux. veinule pulmonaire artériole pulmonaire Remarquez la grande quantité de capillaires sanguins ( très petits vaisseaux ) qui enveloppent les alvéoles.

14 3. La mécanique de la ventilation pulmonaire La fonction principale du système respiratoire est d approvisionner le sang en dioxygène et d éliminer le dioxyde de carbone qui tend à s accumuler dans le sang. Pour ce faire, l air doit circuler dans nos voies respiratoires : entrer par les fosses nasales pour se rendre jusqu aux alvéoles puis refaire le chemin inverse. Cette circulation d air s effectue grâce aux mouvements effectués par la cage thoracique, mouvements qui forcent l air à entrer puis sortir. L air est composé de gaz, principalement de diazote, de dioxygène et de dioxyde de carbone. Il nous faut comprendre comment réagit la pression des gaz lorsqu ils subissent des variations de volume. En effectuant la simple expérience de la page suivante : 1. On emprisonne un gaz dans une seringue. On pousse sur le piston de la seringue, le volume occupé par le gaz diminue. Qu arrive-t-il à la pression de ce gaz lorsque l on diminue son volume? 2. Si vous inversez les manipulations : on tire sur le piston pour augmenter le volume occupé par le gaz ; qu arrive-t-il à la pression de ce gaz lorsque l on augmente son volume? Démonstration : cloche et ballons

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16 Les poumons sont situés à l intérieur d une cage : la cage thoracique. Une enveloppe entoure les 2 poumons pour ne pas que ceux-ci frottent contre les os de la cage et le cœur. Les poumons et donc l air qu ils contiennent sont à l intérieur d un compartiment ( la cage ) dont les variations de volume vont entrainer une variation de la pression de l air qui se trouve à l intérieur. La circulation de l air dans nos poumons s effectue en 2 temps : l inspiration et l expiration. L inspiration : L air entre Lors de l inspiration, 2 mouvements s effectuent en même temps : Contraction des muscles intercostaux, ce qui entraine comme conséquence : la cage se soulève. Contraction du diaphragme : la conséquence de cette contraction : le diaphragme s abaisse. Ces 2 mouvements provoquent comme conséquence l augmentation du volume de la cage thoracique. Cette augmentation du volume de ce compartiment a pour effet de diminuer la pression de l air contenue dans les poumons. Comme la pression atmosphérique ( la pression de l air à l extérieur de la cage ) n a pas changé, la pression atmosphérique devient donc plus élevée que la pression de l air dans les poumons ( pression qui a diminuée suite à l augmentation du volume de la cage ) ; l air extérieur entre donc dans les voies respiratoires jusqu aux poumons. Diaphragme : muscle plat formant un plancher sous la cage thoracique. Lorsque ce muscle se contracte, il s abaisse.

17 expiration L air sort L expiration ( pour expulser l air des poumons ) est le phénomène contraire de l inspiration. Il suffit de décrire les étapes de l inspiration en utilisant les termes contraires à chacun des événements qui ont permis à l air d entrer sauf qu à la finalité, l air va sortir contracter soulever augmentation décontracter s abaisser diminution

18 pression atmosphérique : plus grande que la pression intrathoracique, donc l air entre pression atmosphérique : plus faible que la pression intrathoracique, donc l air sort

19 4. Les échanges gazeux À chaque inspiration, de l air se rend dans les alvéoles pulmonaires. Cet air inspiré est riche en dioxygène (O 2 ) et pauvre en dioxyde de carbone ( CO 2 ). De très petits vaisseaux sanguins ( appelés capillaires sanguins ) enrobent les alvéoles ; ces vaisseaux transportent le sang qui est riche en CO 2 et pauvre en O 2. capillaires sanguins veinule pulmonaire artériole pulmonaire bronchioles alvéoles membrane des alvéoles : 100 fois plus mince qu une feuille de papier!

20 Puisque la quantité de dioxyde de carbone dans le sang est plus élevée que dans l air des alvéoles, le principe de diffusion des gaz fait en sorte que le dioxyde de carbone quitte le sang pour aller dans l air des alvéoles. L air des alvéoles s enrichit en CO 2 pendant que le sang s appauvrit en CO 2. sang qui va aux poumons air Puisque la quantité de dioxgène dans l air des alvéoles est plus élevée que dans le sang, le principe de diffusion des gaz fait en sorte que le dioxygène quitte l air des alvéoles pour aller dans le sang. Le sang s enrichit en O 2 pendant que l air des alvéoles s appauvrit en O 2. capillaire sanguin alvéole sang quittant les poumons

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