1. Plan du cours

Les fiches T.P. sont disponibles à la rubrique "Fiches et Documents".
Les corrigés des fiches correspondent aux savoirs à acquérir.
Le cours qui suit est un complément.

I. Les échanges entre l’air et le sang

Introduction

• 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.

1. Comparaison des compositions de l’air inspiré de l’air expiré prouvant la consommation de dioxygène.
Manuel,

• La composition de l’air inspiré (qui nous entoure) est : 79% d’azote, 21% de dioxygène.
• La composition de l’air expiré est : 79% d’azote (ce gaz de l’air ne semble pas avoir été utilisé) et 16% d’oxygène ( 5 % ont été retenus).
• L’air qui traverse les poumons s’appauvrit en dioxygène qu'on note O₂ (5 %).
• 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.
  • il ya aussi perte de chaleur et de vapeur d'eau.

• Bilan, lors des échanges gazeux avec l’extérieur :
  • - l’azote ne semble pas être utilisé
  • - il y a consommation d’oxygène

2. Comparaison des teneurs en gaz du sang entrant et du sang sortant des poumons.
Manuel,

Le sang qui traverse les poumons 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 d'une radiographie interprétée en couleur
Manuel

• Les poumons sont les organes respiratoires, ils sont le lieu des échanges gazeux 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
Manuel

• 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.

• En savoir plus

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 légendé de l’appareil respiratoire
• Schéma de l’appareil respiratoire irrigué et des sacs alvéoles (avec symboles colorés).
  Ce schéma sera complété plus tard lors de l'étude du rejet des déchets gazeux par l'appareil respiratoire.

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

Rappel. des échanges facilités
Manuel

A. Observation de coupes de poumons humains
Manuel

• 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
Manuel

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 + Manuel, logiciel gratuit "Respiration".

2. Les mouvements du diaphragme
Observation de radiographies + Manuel, 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", 'Pollution atmosphérique", "Pollution Ozone"

A. Les dangers du tabac
Le cours - le manuel - Machine à fumer - Vidéo
Lutter contre le tabac - www.luttecontreletabac.com
Jamais la première cigarette - http://www.jamaislapremiere.org/
La MGEN a mis en ligne "un module interactif destiné à aider les fumeurs dans le projet d'arrêt du tabac".
http://www.mgenrm.net/module-tabac/

B. Les dangers de la pollution atmosphérique
• Manuel. - 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 effets des particules polluantes de l'air aussi nocifs que le tabagisme passif ! - http://www.airparif.asso.fr/pages/actualites/particules_n30
• 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
• Voir aussi les sites des grandes villes de France pour comprendre les différentes politiques de lutte contre la pollution urbaine.
• L'air - Vivre c'est respirer - http://www.ademe.fr/particuliers/Fiches/3735/
• L'air, information des citoyens - http://www.ademe.fr/particuliers/Fiches/3688/

VI. Bilan des chapitres étudiés Les besoins en énergie d'un organe : le muscle.