Comment fonctionne le système respiratoire

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Comment fonctionne le système respiratoire ? SYSTÈME RESPIRATOIRE 13 CORPS HUMAIN

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Comment fonctionnele système respiratoire ?

SYSTÈME RESPIRATOIRE13

CORPS HUMAIN

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SYSTÈME RESPIRATOIRE

PRINCIPAUX APPRENTISSAGES

Plus spécifiquement dans cette séquence, tu apprendras à :

• représenter le système respiratoire et en nommer ses différentes parties ;

• expliquer la mécanique ventilatoire ;

• interpréter une représentation du système respiratoire ;

• faire le lien entre le système respiratoire, la circulation et les cellules ;

• différencier le parcours de l’air inspiré et de l’air expiré ;

• nommer les constituants de l’air inspiré et de l’air expiré, ainsi que leurs

proportions respectives ;

tu t’exerceras aussi à :

• réaliser une dissection ;

• faire des observations sur un organe et en déduire des informations sur sa

fonction ;

• formuler des hypothèses cohérentes par rapport au phénomène observé

(la respiration) ;

• modéliser (système respiratoire et respiration) ;

• t’informer à partir de document de nature variée.

FICHES DE TRAVAIL pour :

ACTIVITÉ 1 Qu’est-ce que respirer ?ACTIVITÉ 2 Structure et fonctionnement du système respiratoireACTIVITÉ 3 Mécanique respiratoire (ventilation)ACTIVITÉ 4 Echanges gazeux au niveau des alvéoles et des cellulesACTIVITÉ 5 Les gaz de la respirationACTIVITÉ 6 Observation et dissection d’un poumon

FICHES DE SYNTHÈSE

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ACTIVITÉ 1

Qu’est-ce que respirer ?

1. QuestionEt toi, qu’en penses-tu ?

« Pourtant, depuis que nous avons commencé à courir, je respire plus vite. L’air doit bien servir à quelque chose. Il entre..., mais après, je ne sais pas trop ce qu’il devient. »

« Lorsque je respire, l’air entre ... et ressort. Alors il ne sert à rien ! »

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ACTIVITÉ 1

2. Que devient l’air inspiré ?

a) Réponds à la question en formulant des hypothèses.

b) Mise en commun des hypothèses

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ACTIVITÉ 2

Structure et fonctionnement du système respiratoire

Comment l’oxygène (O2) de l’air inspiré passe-t-il dans la circulation sanguine et comment le gaz carbonique (CO2) quitte-t-il la circulation sanguine pour passer dans l’air expiré ?

A l’aide du document de la page suivante « L’appareil respiratoire », complète le schéma en suivant les consignes ci-dessous.

a) Légende le schéma.b) Ajoute des flèches rouges pour la circulation de l’air riche en O2 et des

flèches bleues pour la circulation de l’air riche en CO2.c) Colorie en rouge le sang riche en O2 et en bleu le sang riche en CO2.

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ACTIVITÉ 2

DONNÉES – 7Je construis mes apprentissages en sciences —- �De Boeck & Larcier, 2004

L'appareil respiratoire

Étudions maintenant le trajet de l’air dans notre

organisme.

L’air inspiré par le nez pénètre dans les fosses

nasales où il est humidifié et réchauffé tout en étant

débarrassé des poussières engluées par le mucus

qui tapisse la muqueuse de cette cavité. Ensuite, au

niveau de l’arrière-gorge (le pharynx), l’air franchit

un carrefour : normalement, il ne va pas dans l'œso-

phage, qui conduit à l'estomac; au contraire il s’en-

gouffre dans l’ouverture de la trachée-artère qui

peut être fermée par un petit clapet (l’épiglotte) lors

de la déglutition des aliments. Il n’est pas question

qu’une miette alimentaire suive le même trajet que

l’air ! Si cette mésaventure nous arrive, nous allons

tousser, cracher, ... nos larmes suinteront jusqu’à

ce que la malencontreuse miette remonte la tra-

chée et soit expulsée à notre grand soulagement.

La trachée-artère est un tube rigide long de 10 à

15 cm, maintenu bien ouvert grâce à un anneau

cartilagineux incomplet en forme de fer à cheval. La

membrane tapissant l’intérieur de ce tube est équi-

pée de cils vibratiles dont les mouvements continus

font remonter les poussières vers l’épiglotte. A la

manière d’un arbre inversé, la trachée (le tronc) se

divise en 2 bronches (les 2 branches maîtresses)

qui se ramifient à leur tour en bronchioles de plus

en plus fines. Chacune débouche dans une minus-

cule vésicule, petit sac creux boursouflé d’alvéoles

formées d’une fine membrane étroitement ceintu-

rée par des capillaires sanguins.

Ces centaines de millions d’alvéoles présentent une

surface énorme (environ 200 m2) d’échange entre

l’air venant de l’extérieur et la nappe de sang esti-

mée à 150 m2 circulant autour des alvéoles.

Les alvéoles et les capillaires sont entourés de tis-

sus élastiques non musculaires et l’ensemble consti-

tue les poumons, organes flasques entourés d’une

double membrane (les plèvres) et enfermés dans la

cage thoracique fermée en-dessous par le dia-

phragme qui est une plaque musculaire séparant le

thorax de l’abdomen.

Les poumons dépourvus de muscles suivent donc

passivement les mouvements de la cage thoracique

et du diaphragme. Les deux schémas en bas de

page illustrent ces modifications corporelles.

Appareil respiratoire

Les mouvements respiratoires

DONNÉES – 7Je construis mes apprentissages en sciences —- �De Boeck & Larcier, 2004

L'appareil respiratoire

Étudions maintenant le trajet de l’air dans notre

organisme.

L’air inspiré par le nez pénètre dans les fosses

nasales où il est humidifié et réchauffé tout en étant

débarrassé des poussières engluées par le mucus

qui tapisse la muqueuse de cette cavité. Ensuite, au

niveau de l’arrière-gorge (le pharynx), l’air franchit

un carrefour : normalement, il ne va pas dans l'œso-

phage, qui conduit à l'estomac; au contraire il s’en-

gouffre dans l’ouverture de la trachée-artère qui

peut être fermée par un petit clapet (l’épiglotte) lors

de la déglutition des aliments. Il n’est pas question

qu’une miette alimentaire suive le même trajet que

l’air ! Si cette mésaventure nous arrive, nous allons

tousser, cracher, ... nos larmes suinteront jusqu’à

ce que la malencontreuse miette remonte la tra-

chée et soit expulsée à notre grand soulagement.

La trachée-artère est un tube rigide long de 10 à

15 cm, maintenu bien ouvert grâce à un anneau

cartilagineux incomplet en forme de fer à cheval. La

membrane tapissant l’intérieur de ce tube est équi-

pée de cils vibratiles dont les mouvements continus

font remonter les poussières vers l’épiglotte. A la

manière d’un arbre inversé, la trachée (le tronc) se

divise en 2 bronches (les 2 branches maîtresses)

qui se ramifient à leur tour en bronchioles de plus

en plus fines. Chacune débouche dans une minus-

cule vésicule, petit sac creux boursouflé d’alvéoles

formées d’une fine membrane étroitement ceintu-

rée par des capillaires sanguins.

Ces centaines de millions d’alvéoles présentent une

surface énorme (environ 200 m2) d’échange entre

l’air venant de l’extérieur et la nappe de sang esti-

mée à 150 m2 circulant autour des alvéoles.

Les alvéoles et les capillaires sont entourés de tis-

sus élastiques non musculaires et l’ensemble consti-

tue les poumons, organes flasques entourés d’une

double membrane (les plèvres) et enfermés dans la

cage thoracique fermée en-dessous par le dia-

phragme qui est une plaque musculaire séparant le

thorax de l’abdomen.

Les poumons dépourvus de muscles suivent donc

passivement les mouvements de la cage thoracique

et du diaphragme. Les deux schémas en bas de

page illustrent ces modifications corporelles.

Appareil respiratoire

Les mouvements respiratoires

Texte tiré du manuel « Je construis mes apprentissages en sciences «,de SIMONE BERTRAND et JEAN MOLS, Éditions De Boeck

L’appareil respiratoire

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13 SYSTÈME RESPIRATOIREFICHE DETRAVAIL

ACTIVITÉ 3

Mécanique respiratoire (ventilation)Les deux poumons sont incapables d’exécuter eux-mêmes des mouvements respiratoires. Comment font-ils pour faire entrer et sortir l’air inspiré et expiré dans les alvéoles ?

1. Un modèle de thorax pour comprendre

a) Observe et fais fonctionner le modèle du thorax avec son (ses) poumon(s).

tuyau de PVC

bouchon

bouteille en PET

petit ballon de baudruche

fond d’un grand ballon de baudruche

b) Que se passe-t-il lorsque tu pousses le fond du grand ballon de baudruche

vers le haut ? Et lorsque tu le tires vers le bas ?

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13 SYSTÈME RESPIRATOIREFICHE DETRAVAIL

ACTIVITÉ 3

2. Qu’est-ce que cela représente dans ton corps ?a) A quelles parties de ton système respiratoire correspondent les différentes

parties du modèle de thorax ?

Le tuyau de PVC :

Le bouchon :

La bouteille en PET :

Le petit ballon de baudruche :

Le fond d’un grand ballon de baudruche :

b) Que se passe-t-il lorsque le diaphragme monte ? Et lorsqu’il descend ?

Le hoquetCela arrive parfois après un repas copieux ou ingurgité trop rapidement ! Le hoquet est un réflexe respiratoire caractérisé par des contractions incontrôlables et involontaires des muscles du diaphragme. De ce fait, le diaphragme descend légèrement, libérant de la place dans les poumons et faisant entrer un peu d’air. Généralement, le hoquet est momentané et inoffensif, mais pas toujours !L’américain Charles Osborne (1894 – 1991) est en effet entré dans le Livre Guinness des records pour avoir hoqueté continuellement pendant 68 ans, de 1922 à 1990 !

Le point de côtéCela arrive souvent lors d’une course, lorsque l’on respire mal ! Le point de côté est une douleur aiguë apparaissant lors d’un effort sur le côté du corps, généralement en dessous des côtes. Il s’agit d’un problème bénin dont la cause n’est pas clairement élucidée malgré un intérêt de plus en plus important de la communauté scientifique ces dernières années.

Le savais-tu ?

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ACTIVITÉ 4

Echanges gazeux au niveau des alvéoles et des cellules

1. Des alvéoles pulmonaires aux capillaires sanguinsDans le schéma ci-dessous, colorie les flèches et le capillaire sanguin en rouge pour représenter l’air et le sang riche en oxygène ou en bleu pour indiquer l’air et le sang riche en gaz carbonique.

alvéole pulmonaire

capillaire sanguin

air inspiré

air expiré

sang

sang

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13 SYSTÈME RESPIRATOIREFICHE DETRAVAIL

ACTIVITÉ 4

2. Des capillaires sanguins aux tissus et aux cellulesDans le schéma ci-dessous, colorie les flèches et le capillaire sanguin en rouge pour représenter l’air et le sang riche en oxygène ou en bleu pour indiquer l’air et le sang riche en gaz carbonique.

3. Le voyage des gaz dans le corpsSur une feuille séparée, décris à l’aide d’un texte ou d’un schéma le trajet de l’oxygène dans le corps depuis le moment où il y pénètre par l’intermédiaire de l’air inspiré.Pour t’entraîner, tu peux décrire le chemin du gaz carbonique dans le corps.

cellules

capillaire sanguin

sang

sang

L’intoxication au monoxyde de carboneLes gaz d’échappement des voitures, la fumée des cigarettes, la cheminée d’une maison chauffée au bois, etc. contiennent un gaz, le monoxyde de carbone (CO). Celui-ci est malheureusement incolore, inodore, insipide et non irritant, ce qui le rend difficile à détecter si tu en as respiré !Une fois dans ton corps, le monoxyde de carbone se fixe sur l’hémoglobine contenue dans les globules rouges de ton sang avec une affinité 200 fois plus grande que l’oxygène. Dès lors, certains globules rouges de ton sang ne peuvent pas transporter de l’oxygène. Tu vas donc t’essoufler plus vite !

Le savais-tu ?

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ACTIVITÉ 5

Les gaz de la respiration

1. Air inspiré, air expiré : la teneur en gaz carbonique (CO2) est-elle différente ?

Déroulement de l’expériencea) A l’aide de la paille, souffle dix fois dans la première éprouvette.

Cela représente l’air expiré.b) A l’aide de la seringue, envoie dix fois de l’air ambiant dans la seconde

éprouvette. Cela représente l’air inspiré.

Observations et analysea) Compare l’aspect de l’eau de chaux dans les deux éprouvettes. Que constates-tu ?

b) Représente les résultats par un schéma légendé.

c) Explique les résultats.

MATÉRIEL

2 éprouvettes remplies à moitié d’eau de

chaux, paille, seringue de 50 ml sans l’aiguille

Hydroxyde de calciumEau de chaux

DANGER

Provoque une irritation cutanée.Provoque des lésions oculaires graves.Peut irriter les voies respiratoires.Eviter de respirer les poussières/fumées.Porter des gants de protection/des vêtements de protection/un équipement de protection des yeux/du visage.EN CAS DE CONTACT AVEC LA PEAU : laver abondamment à l'eau et au savon.EN CAS DE CONTACT AVEC LES YEUX : rincer avec précaution à l'eau pendant plusieurs minutes. Enlever les lentilles de contact si la victime en porte et si elles peuvent être facilement enlevées. Continuer à rincer.

!

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ACTIVITÉ 5

2. Air inspiré, air expiré : la teneur en vapeur d’eau (H2O) est-elle différente ?

Déroulement de l’expériencea) Souffle sur la vitre froide. Cela représente l’air expiré.b) A l’aide de la seringue, envoie de l’air ambiant sur la vitre froide. Cela représente l’air inspiré.

Observations et analysea) Compare l’aspect de la vitre dans les deux situations. Que constates-tu ?

b) Représente les résultats par un schéma légendé.

c) Explique les résultats.

MATÉRIEL

vitre froide, seringue de 50 ml sans l’aiguille

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13 SYSTÈME RESPIRATOIREFICHE DETRAVAIL

ACTIVITÉ 5

3. Air inspiré, air expiré : quelles sont les quantités de gaz de ce que tu respires ?a) A l’aide des deux expériences précédentes, complète le tableau ci-dessous

en estimant si les quantités des différents gaz contenus dans l’air inspiré (air ambiant) ont augmenté , diminué ou n’ont pas changé (+ ; - ; =).

GazProportion dans

l’air inspiré

Variation dans

l’air expiré

Azote (N2) 78 % =

Oxygène (O2) 21 %

Gaz carbonique (CO2) 0,03 %

Vapeur d’eau (H2O) 0,04 %

Autres gaz 0,93 %

NB : Ces valeurs correspondent à la composition de l’air au niveau de la mer, à une pression atmosphérique de 760 mmHg, à un jour donné.

b) Après avoir corrigé le tableau avec ton enseignant, analyse, compare et explique les valeurs des différents gaz.

La respiration artificielle (ou ventilation artificielle)Lorsque la respiration spontanée d’une personne n’est plus efficace ou s’est arrêtée, il est nécessaire d’agir rapidement pour apporter de l’air aux poumons, seul moyen de pouvoir maintenir la personne en vie.Le bouche-à-bouche ou le bouche-à-nez permet d’amener l’air expiré du secouriste dans les voies respiratoires de la victime. Lors des formations actuelles en secourisme, on montre cependant que les compressions sur le thorax permettent d’assurer une ventilation minimale et sont une méthode efficace pour sauver des vies.

Le savais-tu ?

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ACTIVITÉ 6

Observation et dissection d’un poumon de

Dans l’organisme, les poumons sont deux organes flasques dépourvus de muscles et entourés d’une double membrane (les plèvres). Le poumon gauche est formé de deux parties (les lobes), alors que celui de droite en comporte trois. Ils sont enfermés dans la cage thoracique, fermée en dessous par le diaphragme, un muscle qui sépare le thorax de l’abdomen et permet la ventilation pulmonaire.

Comment est organisé le poumon et quelles sont ses différentes structures ?

Pour répondre à ces questions, tu vas disséquer un poumon de mammifère.

Réalise la dissection en suivant les consignes ci-dessous.

Réponds aux questions par des descriptions précises sur une feuille annexe.

1. Observation du système cœur-poumons avec l’enseignanta) Oriente les poumons, la face ventrale est plus bombée.b) Repère le larynx et la trachée.c) Quelles sont les structures du larynx et de la trachée ?

2. Observation d’un poumona) A l’aide des ciseaux, découpe la bronche dans la longueur jusqu’à une bronchiole.b) Souffle avec la paille ou une pipette dans une des bronchioles.c) Qu’observes-tu ?d) Découpe une petite partie du poumon.

3. Observation d’un morceau de poumona) Presse le morceau de poumon entre les doigts, observe sa surface.b) Qu’observes-tu ?c) Plonge le morceau de poumon dans un bécher rempli d’eau et observe.d) Qu’observes-tu ?

MATÉRIEL

système(s) cœur-poumons, baguettes de verre, pailles, pipettes, cuve à dissection, gros

ciseaux, brucelles, bécher,