1. Plan du cours

Les fiches T.D. sont disponibles à la rubrique "Fiches et Documents"

I. Les échanges entre l’air et le sang

A. Mise en évidence d’échanges gazeux avec l’extérieur

1. Notre organisme est limité par la peau

• La présence d’une enveloppe limitant les organismes des individus métazoaires complexes nécessite des organes spécialisés pour permettre les échanges entre le milieu extérieur et le milieu intérieur responsable de la distribution vers les organes.

2. Test comparartif de l’air inspiré et de l’air expiré à l’aide de l’eau de chaux.
Bordas, doc. 1a, p. 44. Rappel du rôle de l'eau de chaux, expérience réalisée dans le chapitre précedent.

Résultats et interprétation : A) Le passage de l’air inspiré ne trouble pas l’eau de chaux : cela confirme que l’air inspiré ne contient pas de dioxyde de carbone. B) Le passage de l’air expiré trouble l’eau de chaux : l’air expiré contient du dioxyde de carbone.

3. L’air expiré présente d'autres différences
Bordas, doc. 1b, p. 44 ou expirer sur la main bouche bien ouverte sans souffler.

• La buée est de la vapeur d’eau condensée par refroidissement.
• La présence de buée sur la vitre indique que l’air expiré est riche en vapeur d’eau.
• L'air expiré est chaud et humide.

L'air expiré venant des poumons s'est enrichi en dioxyde de carbone et en vapeur d'eau, il s'est réchauffé.

B. Les échanges entre l’air des poumons et le sang
Bordas, doc. 2d et e, p. 45

1. Comparaison des composition de l’air inspiré de l’air expiré.
manuel, doc. 2d, p. 45

• La composition de l’air expiré est : 79% d’azote (ce gaz de l’air ne semble pas avoir été utilisé), 16% d’oxygène ( 5 % ont été retenus), 4,5 % de dioxyde de carbone.
• L’air qui traverse les poumons s’appauvrit en dioxygène qu'on note O₂ (5 %), s’enrichit en dioxyde de carbone symbolisé par CO₂ (4,5 %) et en vapeur d’eau.
• D’autre part l’air expiré est chaud et humide.
• Noter que :
  • le renouvellement de l’air dans les poumons ne se fait pas complètement ; la teneur en oxygène de l’air alvéolaire se situe autour de 16 à 18%.
  • les échanges gazeux entre l’air et le sang sont passifs.

• Bilan, lors des échanges gazeux avec l’extérieur :
  • - l’azote ne semble pas être utilisé
  • - il y a consommation d’oxygène
  • - il y a rejet de gaz carbonique
  • - il y a perte d’eau et de chaleur par notre organisme.

2. Comparaison des teneurs en gaz du sang entrant et du sang sortant des poumons.
manuel, doc. 2e, p. 45

Le sang qui traverse les poumons s’appauvrit en CO₂ (4 %) et s’enrichit en O₂ (5 %), la quantité d'azote noté N₂ reste inchangée.

3. Schéma bilan des échanges au niveau des poumons

II. L’appareil respiratoire

A. Observation de radiographie interprétée en couleur
Bordas, doc. 1, p. 46

• Les poumons sont les organes respiratoires, ils sont le lieu des échanges ga-zeux entre le milieu extérieur (air) et le milieu intérieur (le sang).
• L’appareil respiratoire est constitué de deux poumons situés dans le thorax, limité par la cage thoracique et le diaphragme qui sépare le thorax de l’abdomen. Entre les deux poumons se trouve le cœur ; le poumon gauche plus petit, enveloppe la pointe inférieure du cœur.
• Les fosses nasales, la trachée, les 2 bronches ramifiées en millions de bronchioles jusqu’aux sacs alvéolaires sont les voies respiratoires.

B. Observation de l’irrigation sanguine des poumons
Bordas, doc. 2, p. 47

• L’artère pulmonaire (en rouge) qui entre dans les poumons se ramifie parallèlement aux voies respiratoires (en blanc) en une multitude de petits vaisseaux qui constituent le système capillaire (des milliards de vaisseaux).

C. Les poumons, organes d'échanges entre l'air du mileu extérieur et le sang

• La multiplication du nombre des voies respiratoires et circulatoires accompagnée d’une miniaturisation favorise et accélère les échanges en augmentant la surface des échanges et en ralentissant le flux d’air et de sang.

Exercice pour mieux comprendre que la division d'un grand et unique volume en petits volumes augmente considérablement la surface de contact : calculer la surface d’un grand cube de 10 cm de côté, puis la surface totale de tous les cubes de 1 cm de côté contenus dans le grand cube. Réponse. - Surface du grand cube : surface d'une face : 10 x 10 = 100 cm2. surface du cube, il possède 6 faces : 100 X 6 = 600 cm2 - Surface d’un petit cube : surface d'une face : 1 x 1 = 1 cm2. surface du cube, il possède 6 faces : 1 X 6 = 6 cm2 Le grand cube contient 1000 petits cubes ce qui donne une surface totale de 6 000 cm2. La surface de contact a été multipliée par 10.

• Les échanges sont favorisés par :
  • - une surface de contact étendue, évaluée à 200 m², en supposant les alvéoles étalés,
  • - par la finesse de la paroi des alvéoles et des capillaires (moins d'un micromètre),
  • - par le ralentissement de la circulation sanguine dans les capillaires.

D. Schéma de l’appareil respiratoire et de son irrigation sanguine.

• Schéma de l’appareil respiratoire irrigué et des sacs alvéoles
  • - en jaune le trajet de l’air,
  • - en rouge le trajet du sang riche en oxygène et pauvre en gaz carbonique,
  • - en bleu le trajet du sang pauvre en oxygène et riche en gaz carbonique.

III. Les alvéoles, lieu d’échange entre l’air et le sang

Rappel. des échanges facilités
Répondre à la question 4, p. 49

A. Observation de coupes de poumons humains
Bordas, doc. 1, p. 48, Q 2.

• L’air circule en va-et-vient dans les bronches, les bronchioles jusqu’aux alvéoles pulmonaires.
• Le sang circule par les artères jusqu’aux capillaires sanguins qui entourent les alvéoles ; il fait un circuit et ressort par les veines.
• L’aspect spongieux des poumons s’explique par la présence de centaines de millions d’alvéoles dans le tissu pulmonaire.

B. Bilan des échanges gazeux
Bordas, doc. 2, p. 49, Q 3.

• Colorier au crayon de couleur bleu le sang pauvre en O₂ et riche en CO₂ et rouge le sang riche en O₂ et pauvre en CO^₂.
• Puis à l’aide flèches dessinées au stylo ou au feutre, représenter les échanges gazeux entre le sang du capillaire et l’air de l’alvéole (O₂ en rouge et CO₂ en bleu).
• Compléter les légendes qualifiant le sang entrant et le sang sortant, l’air inspiré et l’air expiré.

IV. Le renouvellement de l’air dans les alvéoles pulmonaires

Introduction
Lorsque nous respirons calmement, la cage thoracique se soulève (ainsi que l'abdomen) au moment où l'air entre dans nos poumons : c'est l'inspiration. La poitrine s'affaisse au moment où l'air sort de nos poumons : c'est l'expiration. Chaque mouvement respiratoire se compose d'une inspiration suivie d'une expiration.
Chaque mouvement respiratoire se compose d’une inspiration suivie d’une expiration. Les mouvements sont repérables de l’extérieur par des mouvements de la cage thoracique et de l’abdomen.

A. Les déformations thoraciques
Polycopié : schéma des mouvements respiratoires et logiciel gratuit "Respiration" (nommé "Pulmo" au téléchargement)

1. Les mouvements de la cage thoracique
Observation sur soi-même + Bordas, doc. 1a, b, e et f, p. 50, logiciel gratuit "Respiration".

2. Les mouvements du diaphragme
Observation de radiographies, Bordas, doc. 1c et d, p. 50, maquette et logiciel gratuit "Respiration"..

3. Les poumons sont solidaires de la cage thoracique et du diaphragme

• L'inspiration est due à la contraction de muscles : diaphragme et muscles élévateurs des côtes. C'est un temps actif qui augmente le volume de la cage thoracique. Au contraire, à l'expiration, les muscles respiratoires se relâchent. L'expiration est un temps passif qui fait diminuer le volume de la cage thoracique.
• Toute variation du volume du thorax entraîne une variation du volume des poumons.
• Par l'intermédiaire de la plèvre (constituée de deux feuillets renfermant un liquide qui empêche l’irritation due au frottement des poumons sur la cage thoracique), les poumons élastiques (non musculeux donc passifs) sont solidaires de la cage thoracique et du diaphragme. Ils suivent les augmentations et diminutions de volume.
• Les organes moteurs sont :
  • - les muscles élévateurs et abaisseurs des côtes,
  • - le diaphragme.
• Remarque.
  • Lors de la respiration normale, l’expiration est totalement passive. Les muscles abaisseurs des côtes n’interviennent qu’au moment d’une expiration forcée.
  • Les poumons sont des organes non musculeux, élastiques. Grâce à la plèvre, ils sont solidaires des mouvements de la cage thoracique et du diaphragme.

B. Mesure des différents volumes d’air ventilé
Manipulation Exao (Spirom de Jeulin)

• Lors d'une inspiration normale suivie d'une expiration normale, une certaine quantité d'air est inspirée puis expirée : c'est le volume courant.
• Au cours de l'inspiration forcée, le volume d'air inspiré, en plus du volume habituel, s'appelle volume de réserve inspiratoire : VRI.
• Si on effectue une expiration forcée, le volume d'air expiré, en plus du volume habituel, s'appelle volume de réserve expiratoire : VRE.
• Enfin l'air qui reste dans nos poumons à la fin d'une expiration forcée est le volume résiduel : VR.

V. Hygiène de l’appareil respiratoire
Enquête distribuée

Vos recherches personnelles sur Internet, 3 mots clés : "Tabagisme", 'Polution atmosphérique", "Pollution Ozone"

A. Les dangers du tabac
Bordas, p. 54. - Site : www.luttecontreletabac.com - Machine à fumer - Vidéo

B. Les dangers de la pollution atmosphérique
Bordas, p. 55. - Sites : Surveillance de la qualité de l'air d'Ile de France : http://www.airparif.asso.fr/
Visiter par exemple "Modélisation", "Prévisions", "Polluants", "Effets".
Questions - Réponses : http://www.airparif.asso.fr/page.php?rubrique=qr&article=qr
Les épisodes de pollution de l'été 2003 en région parisienne sont présentés à :
http://www.futura-sciences.com/comprendre/d/dossier286-1.php
La qualité de l'air en France (pollution, surveillance) : http://www.ecologie.gouv.fr/rubrique.php3?id_rubrique=214

VI. Bilan du chapitre Le fonctionnement et les besoins d'un organe : le muscle. Accessible depuis le thème "Fonctionnement de l'organisme".