Sommaire Séquence 3 Pour nous déplacer, prendre un objet, monter des escaliers, nous utilisons nos muscles. Quand nous devons faire un effort important, il faut prendre des aliments riches en énergie, sinon on risque le malaise. Mais quand nous faisons cet effort, que se passe-t-il au niveau de notre organisme? Au niveau de nos muscles? Comment font-ils pour fonctionner? Problématique : Comment apporter l énergie nécessaire au fonctionnement de nos muscles? Séance 1 Les différences entre un organisme au repos et en activité Séance 2 Il existe des échanges au niveau des organes 40 Cned, Sciences de la vie et de la Terre 5e
séance 1 Séquence 3 Séance 1 Les différences entre un organisme au repos et en activité je m interroge Sur un stand de ravitaillement le long d un marathon, inutile d être grand devin pour reconnaître ceux qui fournissent un effort! Lorsqu ils arrivent, les coureurs ont le front perlé de sueur, ont les joues bien rouges et ont du mal à boire la bouteille d eau qu on leur tend tellement ils sont essoufflés. Que de changements chez eux alors qu ils étaient tout à fait «normaux» avant le départ! La question que l on peut donc se poser est : Quelles sont les modifications de l organisme provoquées par un effort physique? Exercice 1 : [I Rechercher l information utile] Des élèves de 5 e ont réalisé une course d endurance pendant 20 minutes. Le professeur d EPS leur demande de mesurer leur rythme cardiaque et leur rythme respiratoire. Ces deux mesures, réalisées pendant une minute, ont été faites juste avant le départ de la course (au repos) et au bout des 20 minutes de course (après l effort). Elles sont présentées dans le tableau ci dessous. Rythme cardiaque au repos (battements/min) Rythme cardiaque après l effort (battements/min) Rythme respiratoire au repos (inspirations/min) Rythme respiratoire après l effort (inspirations/min) élève 1 72 138 20 35 élève 2 81 152 28 40 élève 3 75 149 25 36 Quelles sont les deux informations apportées par ces mesures? [Sélectionner les informations utiles d un tableau] Si tu as des difficultés pour répondre à cette question, tu peux t aider de l annexe «Besoin d aide?» à la fin de la séquence. Cned, Sciences de la vie et de la Terre 5e 41
Séquence 3 séance 1 Exercice 2 : [Faire preuve d esprit critique] Un élève de la classe fait la remarque suivante : «Lorsque nous avons couru, une des modifications que nous aurions pu observer c est que nous consommions plus de dioxygène et que nous rejetions plus de dioxyde de carbone». Es-tu d accord avec lui? Justifie ta réponse. [Organiser les informations pour les utiliser] Si tu as des difficultés pour répondre à cette question, tu peux t aider de l annexe «Besoin d aide?» à la fin de la séquence. Exercice 3 : [I Rechercher l information utile] Pendant une autre séance d EPS, on a mesuré la température du corps d un sportif avant, pendant et après un effort qui a duré d une dizaine de minutes. En utilisant le graphique ci-dessus, décris une nouvelle modification de l organisme provoquée par l effort physique. [Sélectionner les informations utiles d un graphe] Si tu as des difficultés pour répondre à cette question, tu peux t aider de l annexe «Besoin d aide?» à la fin de la séquence. 42 Cned, Sciences de la vie et de la Terre 5e
séance 1 Séquence 3 j e retiens Au cours d une activité musculaire, des modifications (rythmes cardiaque, respiratoire, température corporelle) s observent à l échelle de l organisme. à connaître : Rythme (ou fréquence) respiratoire : nombre de mouvements respiratoires par minute ; c est-à-dire le nombre d inspirations ou le nombre d expirations. (1 inspiration + 1 expiration = 1 mouvement respiratoire) Rythme (ou fréquence) cardiaque : nombre de battements du cœur par minute. On peut le mesurer en prenant son pouls. j applique mes connaissances Exercice 4 Un professeur d EPS demande à ses élèves de calculer leur rythme cardiaque avant et après une course rapide. 1- Qu est-ce que le rythme cardiaque? Comment peut-on facilement le mesurer? Les résultats des mesures effectuées par Romain sont présentés dans le tableau ci-dessous. Rythme cardiaque Nom de l élève Avant la course Après la course Romain 76 143 2- Quelle information peux-tu tirer de la lecture de ce tableau? 3- Quelles autres modifications s observent à l échelle de l organisme au cours d une activité physique? Cned, Sciences de la vie et de la Terre 5e 43
Séquence 3 séance 2 Séance 2 Il existe des échanges entre le sang et les organes je m interroge Pour fonctionner, nos muscles (comme tous les autres organes) ont besoin d énergie. Tu as appris, à l école, que les vaisseaux sanguins apportaient aux organes le sang dont ils ont besoin. Nous avons vu que des modifications (cardiaques, respiratoires, etc.) s observaient à l échelle de l organisme pendant l effort. Mais puisque ce sont les muscles qui fonctionnent, on peut se demander : Comment un muscle en activité s approvisionne-t-il en énergie? Exercice 5 : [ Rechercher et organiser l information utile] Pour répondre à notre problème, nous allons d abord étudier ce qui se passe lorsqu un muscle est en activité pour savoir si le sang a un rôle dans le fonctionnement des muscles. Pour cela, on a mesuré le débit sanguin (la quantité de sang qui passe dans un organe par unité de temps) dans deux situations : au repos et lors d un effort. Ces mesures sont consignées dans le tableau ci-dessous. Organe étudié Au repos Débit sanguin (en ml/min) Pendant l effort Muscles 1 200 12 500 Quelles sont les modifications au niveau des muscles entre le repos et l activité? [Sélectionner les informations utiles d un tableau] Si tu as des difficultés pour répondre à cette question, tu peux t aider de l annexe «Besoin d aide?» à la fin de la séquence. Nous savons maintenant que le sang joue un rôle dans le fonctionnement des muscles. On peut émettre l hypothèse suivante : Si le sang irrigue davantage les muscles, c est pour qu ils reçoivent l énergie nécessaire à leur activité. L énergie est libérée par une réaction entre le dioxygène et le glucose. De plus, nous savons que l organisme prélève du dioxygène et rejette du dioxyde de carbone. Nous allons voir si la composition du sang pour ces trois éléments change en traversant les muscles. 44 Cned, Sciences de la vie et de la Terre 5e
séance 2 Séquence 3 Exercice 6 : [Ra Éprouver une hypothèse] Pour vérifier notre hypothèse, on a mesuré les quantités de certains éléments dans le sang entrant dans le muscle et sortant du muscle dans différentes situations. Quantité d éléments mesurée dans 100 ml de sang Au repos Pendant un effort Sang entrant Sang sortant Dioxygène 20 ml 15 ml Dioxyde de carbone 48 ml 52 ml Glucose 90 mg 87 mg Dioxygène 20 ml 6 ml Dioxyde de carbone 48 ml 62 ml Glucose 90 mg 50 mg Comparaison Différence Évolution Les modifications observées au niveau du muscle entre le repos et l activité permettent-elles de confirmer ou d infirmer notre hypothèse? [Sélectionner les informations utiles d un tableau] Si tu as des difficultés pour répondre à cette question, tu peux t aider de l annexe «Besoin d aide?» à la fin de la séquence. j e retiens Les organes sont richement irrigués par des capillaires. Ils prélèvent dans le sang des nutriments (comme le glucose). Les organes sont le siège de réactions chimiques entre les nutriments et le dioxygène. Ces réactions chimiques libèrent de l énergie qui permet le fonctionnement de l organe et le rejet des déchets (urée, dioxyde de carbone...). Une partie de l énergie libérée est transférée sous forme de chaleur. Les muscles, comme les autres organes, réalisent avec le sang des échanges qui varient selon leur activité. Les modifications s observent donc à l échelle de l organe. Cned, Sciences de la vie et de la Terre 5e 45
Séquence 3 séance 2 À connaître : Débit sanguin : volume de sang passant dans un organe pendant une minute (ml/min). Capillaire : vaisseau très fin présent dans un organe. Irrigation sanguine : apport de sang dans un organe (synonyme : vascularisation). Nutriment : matière organique utilisée par les organes pour leur fonctionnement. Réaction chimique : action entre des éléments chimiques qui se transforment en d autres éléments. Certaines réactions libèrent de l énergie. Énergie : résultat de l utilisation de nutriments ; elle permet le fonctionnement de l organisme. Exercice 7 : [C Réaliser un schéma fonctionnel] À partir de ce qui a été vu auparavant, réalise le plus proprement possible ce qui se passe au niveau d un muscle en utilisant la légende suivante : : échange de dioxygène : échange de dioxyde de carbone : échange de glucose Si tu as des difficultés pour répondre à cette question, tu peux t aider de l annexe «Besoin d aide?» à la fin de la séquence. Si tu n y arrives pas, tu peux t aider de la fiche méthodologique «Réaliser un schéma» située à la fin du livret. 46 Cned, Sciences de la vie et de la Terre 5e
séance 2 Séquence 3 je teste mes connaissances Exercice 8 1- Je suis un gaz nécessaire au fonctionnement des organes. Qui suis-je? 2- Nous sommes des vaisseaux sanguins très fins qui irriguent les organes. Qui sommesnous? 3- Je suis un gaz rejeté par un organe en fonctionnement. Qui suis-je? 4- Nous réagissons avec le dioxygène pour libérer de l énergie nécessaire au fonctionnement des organes. Qui sommes-nous? j applique mes connaissances Exercice 9 Observe attentivement le tableau ci-dessous. Mesures (en 1 heure/ kg de muscle) Volume de dioxygène utilisé par le muscle Volume de dioxyde de carbone rejeté par le muscle Quantité de protides utilisés par le muscle Quantité de glucose (glucide) utilisé par le muscle Quantité de lipides utilisés par le muscle Muscle au repos Muscle en activité 0,3 L 5,1 L 0,2 L 5,8 L 0 g 0 g 2,1 g 8,5 g 0 g 0 g Quelles informations peux-tu tirer des données présentées dans le tableau? Cned, Sciences de la vie et de la Terre 5e 47
Séquence 3 séance 2 Pour aller plus loin Exercice 10 On a mesuré le débit sanguin dans différents organes pendant une période de repos puis pendant un effort. Les différentes mesures ont été reportées dans le tableau ci-après. Débit sanguin (en ml/min) Organes Au repos Pendant une activité physique Cerveau 750 750 Cœur 250 750 Muscles 1 200 12 500 Peau 500 1 900 Reins 1 100 600 Abdomen 1 400 600 Autres organes 600 400 Total 5 800 17 500 Quelles informations nous apportent ces mesures? [Sélectionner les informations utiles d un tableau] 48 Cned, Sciences de la vie et de la Terre 5e
Séquence 3 ANNEXE «Besoin d aide?» Séance 1 Exercice 1 Si la question te pose problème, réponds, sur une feuille de brouillon, aux questions guidées ci-dessous. 1- Compare les mesures du rythme cardiaque des trois élèves avant et après l effort. Pour faire une comparaison correcte, tu dois utiliser le vocabulaire suivant : «plus que», «moins que», «autant que» ou «augmente», «diminue», «est constant». 2- Compare les mesures du rythme respiratoire des trois élèves avant et après l effort. 3- Que peux-tu conclure? Exercice 2 Pour t aider, réponds, sur une feuille de brouillon, aux questions guidées ci-dessous. 1- a) Rappelle en quoi consiste la respiration chez l Homme (vu dans la séquence 1). b) Comment le rythme respiratoire évolue-t-il au cours d un effort (vu dans la séquence 1)? 2- Indique si tu es d accord avec ce que l élève a dit : «Lorsque nous avons couru, une des modifications que nous aurions pu observer c est que nous consommions plus de dioxygène et rejetions plus de dioxyde de carbone». Exercice 3 1- Quelle est la température du corps à 4 minutes, à 9 minutes et à 15 minutes? 2- À quel moment mesure-t-on une température de 37,1 C? 3- Comment la température évolue-t-elle pendant les cinq premières minutes? 4- Comment la température évolue-t-elle pendant l effort? Cned, Sciences de la vie et de la Terre 5e 49
Séquence 3 Séance 2 Exercice 4 Cet exercice fait appel au même raisonnement que l exercice 1. Si la question te pose problème, réponds à la question guidée ci-dessous. Compare les débits sanguins au repos et pendant l effort puis conclus. Exercice 5 1- a) Calcule la différence entre les quantités d éléments mesurées dans le sang entrant et dans le sang sortant (précède-les des signes «+» ou selon le cas). b) Remplis ensuite la colonne «Évolution» avec les symboles : : faible augmentation : faible diminution : pas de variation : forte augmentation : forte diminution 2- Cite le (ou les) élément(s) prélevé(s) par le muscle au repos et pendant l effort. 3- Cite le (ou les) élément(s) rejeté(s) par le muscle au repos et pendant l effort. 4- Compare les prélèvements et les rejets (donc les échanges) au repos et pendant l effort. 5- L hypothèse est-elle validée? Justifie ta réponse. Exercice 6 1- Dessine, dans le cadre, la forme du muscle puis représente le vaisseau sanguin. 2- Place ensuite les trois flèches des échanges entre le muscle et le sang, en respectant le sens des échanges. 3- Dessine dans le muscle le symbole «réaction chimique». Pour placer les deux derniers symboles dans le muscle, rappelle-toi que l énergie reste dans le muscle et que la chaleur est évacuée hors du muscle. N oublie pas de donner un titre précis au schéma. 50 Cned, Sciences de la vie et de la Terre 5e
Séquence 3 Exercice 7 Pour répondre à cette question, tu dois comparer, pour chaque organe, les débits sanguins au repos et au cours d une activité physique. Cned, Sciences de la vie et de la Terre 5e 51