Chapitre 6 La circulation sanguine Les options pédagogiques du chapitre Après avoir étudié les besoins en dioxygène et en nutriments des organes (chapitres 4 et 5), le chapitre 6 traite l'élimination des déchets et la mise en relation des organes par le sang. En effet, dès lors que les besoins des organes sont satisfaits par le sang, celui-ci doit circuler. Une nouveauté du programme concerne l'excrétion de déchets par l'urine, tels l'urée. Nous avons choisi de couvrir cette notion dans l activité 1, en association avec l'élimination du dioxyde de carbone. Cette activité permet de montrer la nécessité de la circulation du sang. Dans l'activité 2, l élève découvre la circulation du sang dans deux types de vaisseaux sanguins : les artères et les veines. Après observation de la circulation dans le cœur, l'activité 3 montre comment cet organe assure la mise en mouvement du sang. Ensuite, l'activité 4 souligne la mise en relation des organes par la circulation. Enfin, l'activité 5 apporte des informations scientifiques sur les maladies cardio-vasculaires indispensables au développement de l'esprit critique des élèves. En effet, à un âge où certains comportements à risques, tels la sédentarité ou le tabagisme, peuvent se mettre en place, ces informations contribuent à une véritable éducation à la santé. 35
Les activités du chapitre Activité 1 L élimination des déchets du sang Dans cette activité, l'élève découvre tout d abord que certains déchets, tels l'urée (résultat de la transformation par le foie de l'ammoniac ionisé NH + 4, provenant de la dégradation des protéines), sont éliminés par les reins (doc. 1 à 4). Pour rendre l étude plus concrète, celle-ci commence par l observation d un malade en séance de dialyse (doc. 1). L'élève découvre alors que le fonctionnement des reins, organes richement irrigués (doc. 2), est indispensable à la vie. La composition du sang entrant et sortant d un rein (doc. 3) montre que le fonctionnement rénal correspond à une élimination de certains déchets du sang. Le devenir de ces déchets est découvert grâce à l urographie (doc. 4) : ils sont éliminés par l'urine. Enfin, l'élève constate qu un autre déchet, le dioxyde de carbone, est éliminé par l'expiration (doc. 5). Ce document pourra être relié aux chapitres précédents où la production de dioxyde de carbone a déjà été étudiée. Au terme de cette activité, l'élève a donc pris conscience de l'importance de la circulation du sang : le sang circule d'un organe à un autre afin de satisfaire leurs besoins. ( Réponses aux questions pour résoudre le problème 1. Une personne dont les reins ne fonctionnent pas risque de mourir. La dialyse est donc indispensable à sa vie. 2. Le sang contient à peu près la même quantité d'eau, de protéines, de glucides et de lipides à l'entrée des reins et à leur sortie. En revanche, le sang sortant des reins ne contient plus de déchets, tels l urée : les reins ont donc éliminé ces déchets du sang. 3. Les déchets excrétés par les reins sont éliminés de l'organisme dans l'urine. 4. Il y a moins de dioxyde de carbone dans le sang sortant des poumons que dans le sang y entrant. 5. Le dioxyde de carbone produit par l'activité des organes est éliminé de l'organisme, au niveau des poumons, dans l'air expiré. Certains déchets produits par l'activité des organes, tels l'urée, sont éliminés du sang au niveau des reins. Le dioxyde de carbone est éliminé au niveau des poumons. Activité 2 La circulation dans les vaisseaux sanguins Dans la première partie de l activité, après avoir constaté la ramification des vaisseaux sanguins grâce à une angiographie de la main (doc. 1), l'élève remarque la coexistence dans un même organe de deux types de vaisseaux sanguins, aux caractéristiques différentes : les veines et les artères (doc. 2 et 3). De nombreux élèves citent spontanément les veines comme vaisseaux, mais plus rares sont ceux qui connaissent les artères. L'élève doit alors comprendre que les différences entre ces vaisseaux ne sont pas uniquement d ordre structurel, mais aussi d ordre fonctionnel. En effet, des protocoles simples, facilement réalisables en classe (doc. 4 et 5), permettent de déterminer le sens de circulation du sang dans chacun des deux types de vaisseaux. 36 Chapitre 6
( Réponses aux questions pour résoudre le problème 1. Les vaisseaux sanguins de la main sont nombreux et ramifiés. 2. Une veine a une paroi plus flasque et plus fine qu'une artère. 3. La compression du bras au niveau du coude fait gonfler la veine, qui devient plus saillante sous la peau. 4. La compression de la veine au niveau du coude confine dans l avant-bras le sang en provenance de la main. Celui-ci s accumule et la veine devient saillante. Dans une veine, le sang circule donc en provenance des organes. 5. Dans une artère comprimée, le sang ne circule plus. 6. La compression au niveau de l'aisselle empêche le passage du sang dans l'artère du bras. Dans une artère, le sang circule donc en direction des organes. Dans les veines, le sang circule en provenance des organes, alors que dans les artères, le sang circule en direction des organes. Activité 3 La mise en mouvement du sang De manière intuitive, l'élève sait que le cœur met le sang en mouvement et attribue un rôle important à cet organe. Afin de faire un lien avec l'activité précédente, qui montre une circulation en sens inverse dans les veines et les artères, deux manipulations assez simples, et aux résultats significatifs (doc. 1 et 2), montrent que le sang circule à sens unique dans le cœur : il entre par une veine et sort par une artère. L'élève pourra alors reconstituer aisément le trajet du sang sur une coupe du cœur (doc. 3). Ce document a aussi pour but de montrer la structure du cœur, constitué par deux parties cloisonnées. Dès lors, se pose la question de la mise en mouvement du sang. Celle-ci est permise par une activité rythmique du cœur, qui se traduit par la répétition d un même motif de base sur un électrocardiogramme (doc. 4). Enfin, les images IRM (doc. 5) permettent de relier le fonctionnement rythmique du muscle cardiaque et l expulsion du sang des cavités. ( Réponses aux questions pour résoudre le problème 1. Le liquide peut circuler dans le cœur seulement s'il y entre par une veine. 2. Le sang ressort du cœur par une artère. 3. Le sang entre dans une oreillette du cœur par une veine, passe par le ventricule, puis en ressort par une artère. 4. Les battements cardiaques, représentés par les oscillations sur l'électrocardiogramme, se répètent de façon régulière. Le fonctionnement du cœur est donc rythmique. 5. Il y a plus de sang dans le ventricule gauche à l instant A qu'à l instant B. 6. Le muscle cardiaque est contracté quand le volume du ventricule est le plus petit, donc à l instant B. 7. Quand le muscle cardiaque se contracte, le volume du ventricule diminue : le sang est alors expulsé hors du ventricule. C'est le fonctionnement rythmique du muscle cardiaque qui permet la mise en mouvement du sang dans l organisme : celui-ci est aspiré dans les cavités cardiaques, puis expulsé lors des contractions. La circulation sanguine 37
Activité 4 Des organes en relation par la circulation Cette activité permet à l'élève de prendre conscience que la circulation sanguine assure la continuité des échanges entre le sang et les organes. Dans une première partie, l'élève comprend que la circulation du sang est continue entre les artères et les veines. En effet, les radiographies d un rat (doc. 1 et 2), montrent que le sang artériel devient, après avoir traversé un organe, du sang veineux. Le réseau de vaisseaux très fins, les capillaires (doc. 3), assure la continuité de la circulation dans les organes. L'image de synthèse (doc. 4) montre que tous les organes sont irrigués et en relation les uns avec les autres grâce à la circulation sanguine. Une synthèse simple des données acquises au long des activités est alors présentée (doc. 5). Le questionnaire oriente sur la découverte de la circulation pulmonaire (qui permet un approvisionnement du sang en dioxygène et une élimination du dioxyde de carbone) et de la circulation générale (qui permet de satisfaire les besoins des organes). ( Réponses aux questions pour résoudre le problème 1. La substance injectée dans une artère permet de visualiser d abord les artères. Elle se retrouve ensuite dans les veines. 2. Le sang passe d une artère à une veine après avoir traversé un réseau de vaisseaux très fins, les capillaires sanguins, au niveau des organes. 3. Le sang sort du cœur et circule vers les organes dans des artères. Au niveau de ceux-ci, il circule dans des capillaires sanguins. Le sang quitte alors les organes et retourne au cœur dans des veines. 4. La circulation sanguine se fait dans un système clos de vaisseaux sanguins, très ramifié, qui permet de relier tous les organes. 5. Le sang qui sort de la partie droite du cœur est enrichi en dioxygène dans les poumons. Il retourne ensuite dans la partie gauche du cœur, d où il ressort pour irriguer les autres organes. De même, le sang est enrichi en nutriments dans l intestin grêle. 6. Le sang sortant des organes est débarrassé de ses déchets en traversant les poumons (élimination du dioxyde de carbone) et en traversant les reins (élimination de l'urée). La circulation sanguine, à sens unique, se fait dans un système clos de vaisseaux sanguins, ce qui permet la mise en relation des différents organes. Activité 5 Des maladies de l appareil cardio-vasculaire Cette dernière activité s inscrit dans le cadre de l éducation à la santé. Nous précisons que les maladies cardio-vasculaires, avec près de 180000 décès chaque année, sont la première cause de mortalité en France. L activité commence par l'étude de la maladie cardio-vasculaire la plus fréquente : l'infarctus du myocarde (120 000 cas par an en France, dont 50 000 décès). L'élève remarque d abord que le sang ne circule plus dans l artère du myocarde lors d un infarctus (doc. 1). Le diamètre de l artère est en effet diminué à cause d une plaque d'athérome (doc. 2 et 3). Dans la seconde partie de l activité, nous illustrons les méfaits du tabagisme sur la circulation sanguine avec deux thermographies (doc. 4). Enfin, l'histogramme (doc. 5) montre le risque de développer une maladie cardio-vasculaire selon certains facteurs, comme la sédentarité, le tabagisme, une alimentation riche en graisse ou le stress. L'élève pourra alors aisément en déduire comment prévenir efficacement ces maladies. 38 Chapitre 6
( Réponses aux questions pour résoudre le problème 1. Au niveau de la flèche, le diamètre de l'artère se réduit et le sang ne circule plus. 2. La diminution du diamètre de l artère est liée à la présence d'une plaque d'athérome. 3. La plaque d'athérome bloque la circulation du sang : la partie du muscle cardiaque située après la plaque n est plus irriguée. Comme elle ne reçoit plus de dioxygène, elle meurt. 4. Le sang circule moins bien dans la main d'un fumeur : les extrémités des doigts sont mal irriguées. Le tabac nuit donc à la circulation sanguine. 5. La sédentarité, une alimentation riche en graisse, le stress, augmentent le risque de maladies cardio-vasculaires. On peut prévenir l'apparition des maladies cardio-vasculaires en adoptant une bonne hygiène de vie : pas de tabac, une alimentation équilibrée, la pratique régulière d'un sport, pas trop de stress. Corrigé des exercices Teste tes connaissances 1 2 3 a) L'élimination de l'urée présente dans le sang est assurée par les reins. b) Dans les vaisseaux sanguins, la circulation du sang se fait à sens unique. c) La circulation du sang dans les organes se fait dans des vaisseaux sanguins très fins appelés capillaires. a) Dans une artère, le sang circule depuis le cœur vers les organes. b) Le cœur met le sang en mouvement par des contractions rythmiques. c) Le tabagisme et le stress augmentent le risque de maladie cardio-vasculaire. Le mot caché est : «échanges». Les termes de la grille sont : a) cœur b) capillaire c) déchets d) artère e) veine f) sang g) urée h) physique Découvre avec l informatique 4 a) Le sang sortant d un muscle contient moins de dioxygène et de nutriments que le sang entrant, mais plus de dioxyde de carbone et d autres déchets. Le muscle prélève dans le sang le dioxygène et les nutriments nécessaires à son fonctionnement et y rejettent les déchets qu il produit (dioxyde de carbone, urée ). b) Il y a moins de dioxyde de carbone dans le sang sortant des poumons que dans le sang y entrant. Au niveau des poumons, le dioxyde de carbone est éliminé dans l'air expiré. c) Il y a moins de déchets dans le sang sortant des reins que dans le sang y entrant. Au niveau des reins, ces déchets sont éliminés dans l urine. d) La circulation sanguine assure la continuité des échanges au niveau des organes : ils y puisent en permanence le dioxygène et les nutriments dont ils ont besoin et ils y rejettent les déchets qu ils produisent. Applique tes connaissances 5 a) En cas de rupture d'anévrisme, le sang n'est plus transporté au cerveau, qui manque de dioxygène. Il peut alors s ensuivre de graves troubles cérébraux, voire la mort. b) Le risque de rupture d'anévrisme est 3 fois plus grand chez un fumeur moyen que chez un non fumeur et 10 fois plus grand chez un grand fumeur. c) Le tabagisme augmente considérablement le risque de rupture d'anévrisme. La circulation sanguine 39
6 7 8 a) Le sang est plus riche en dioxygène au point 1 et plus riche en dioxyde de carbone au point 2. Le point 2 correspond donc à la sortie du sang, alors que le point 1 correspond à l'entrée. b) Les flèches sont orientées du point 1 vers le point 2 (flèche rouge en 1, bleue en 2). c) Le vaisseau A contient du sang qui se dirige vers l'organe : c'est donc une artère. Les vaisseaux B sont dans l'organe : ce sont des capillaires sanguins. Le vaisseau C contient du sang qui part de l'organe : c'est donc une veine. d) L'organe a effectué des échanges avec le sang : il a prélevé du dioxygène et y a rejeté du dioxyde de carbone. a) Le nombre de décès par maladie cardio-vasculaire est plus élevé pour un taux de 3 g/l de cholestérol dans le sang que pour un taux de 1,5 g/l : il passe de 8 à 40 pour 1 000 habitants. b) Le nombre de décès augmente fortement dès que le taux de cholestérol dépasse 2 g/l. c) Un fort taux de cholestérol favorise le développement d'une plaque d'athérome dans les artères. d) En favorisant le développement d'une plaque d'athérome, le cholestérol nuit à la circulation du sang. Il peut provoquer des maladies cardio-vasculaires, tels l'infarctus du myocarde. a) Il y a moins d'urée dans la sang sortant du rein que dans le sang y entrant car le rein a prélevé l'urée du sang. b) L'urine est constituée principalement par de l'eau et des déchets (urée), alors que le sang est constitué principalement par de l'eau et des protides. c) Les déchets présents dans le sang, tels l'urée, sont prélevés par les reins et éliminés dans l'urine. d) Le rôle des reins est d'éliminer les déchets du sang, tels l'urée, en fabriquant de l'urine. 40 Chapitre 6