Le système respiratoire et la respiration

89 Système respiratoire

Le système respiratoire et la respiration

• 1. La vie dans l’espace et sous l’eau

Document 1 A : La vie sous l’eau Document 1 B : La vie dans l’espace 1. Expliquez pourquoi vivre sous l’eau ou dans l’espace pose des problèmes. 2. Qu’observez-vous sur les deux photographies ? 3. Combien de temps pourriez-vous tenir si vous gardez la bouche fermée et que vous vous bouchez le nez ?

Les mouvements respiratoires

Activité 1


• 2. L’enfant respire

Document 2 A : L’enfant inspire Document 2 B : L’enfant expire 4. Qu’observez-vous ? 5. Nommez les mouvements respiratoires ?

• 3. Variation du volume de la cage thoracique

Documents 3 A et 3 B : Radiographies des poumons de l’enfant au cours d’un cycle respiratoire

6. Dites quels sont les organes intervenant dans les mouvements respiratoires.


7. Dites si les mouvements respiratoires sont volontaires. Justifiez votre réponse. • 4. Les mouvements respiratoires

Document 4 A : Variation du volume thoracique Document 4 B : Les muscles de la respiration vue de face vue de profil vue de face

Document 4 C : Le rôle du diaphragme dans l’inspiration et l’expiration

Document 4 D : Mouvement des côtes lors d’un mouvement

respiratoire


8. Qu’observez-vous sur les schémas 4 A ? 9. Dites ce qu’apporte le document 4 B. 10. Identifiez sur les schémas du document 4 C les organes qui participent aux mouvements respiratoires. 11. Coloriez en bleu les mouvements d’expiration et en rouge les mouvements d’inspiration sur le document 4

C. 12. Les mouvements respiratoires n’ont pas toujours la même amplitude. Justifiez-le.

Conclusion 13. A partir de votre analyse des documents ci-dessus, complétez le tableau suivant en indiquant à chaque fois

ce que font les organes au cours de l’inspiration et au cours de l’expiration :

Organes

Inspirations

Expirations

1. Cage thoracique

2. Muscles intercostaux

3. Sternum

4. Poumons

5. Paroi abdominale

6. Diaphragme

7. Plèvres

14. Déterminez la caractéristique des deux phases d’un mouvement respiratoire. Expliquez le rôle joué par

l’élasticité du tissu pulmonaire à l’inspiration et à l’expiration.


• 1. Radiographie pulmonaire

Document 1 : Radiographie d’un poumon droit 1. Qu’observez-vous sur la radiographie ? 2. Nommez les structures a et b. 3. Citez les autres structures indispensables à la respiration et qui ne sont pas visibles sur cette radiographie.

Les organes respiratoires

Activité 2


• 2. Le système respiratoire

Document 2 : L’appareil respiratoire humain

Légende : Appareil respiratoire : - 1 fosse nasale avec les cornets

nasaux - 2 pharynx - 3 poumon droit - 4 poumon gauche - 5 plèvres - 6 larynx - 7 bronche - 8 bronchiole - 9 diaphragme - 10 trachée artère Appareil circulatoire : - 11 cœur - 12 artère pulmonaire - 13 veines pulmonaires Appareil digestif : - 14 pharynx - 15 oesophage - 16 bouche


L’appareil respiratoire comprend des organes principaux, les poumons, et les voies d’accès de l’air. 4. Lisez attentivement la légende du document 2. Placez sur le schéma les numéros correspondant aux noms

des organes légendés puis complétez le reste de la légende à l’aide de vos connaissances.

• 3. Le larynx 5. Situez le larynx (reportez-vous au document 2). 6. Donnez le rôle du larynx, et dites ce qu’il contient.


• 4. La trachée

Document 4 : Schéma d’une portion de la trachée Légende du schéma : 1 = œsophage ; 2 = cartilage ; 3 = muqueuse (tissu épithélial cilié avec des glandes glaireuses) ; 4 = fibres musculaires. 7. Situez la trachée (reportez-vous au document 2). 8. Mettre la légende au document 4 en vous aidant des mots mis ci-dessus. 9. Désignez les éléments qui permettent de classer la trachée parmi les organes respiratoires. 10. Quelle conclusion pouvez-vous tirer de l’emplacement et de la structure de la trachée ?


• 5. L’irrigation des poumons

Document 5 A : L’irrigation des poumons et du cœur

- En rouge : les vaisseaux transportant le sang oxygéné

- En bleu : le sang non

hématosé - En blanc : les

bronches et les bronchioles


Document 5 B : Schéma d’alvéoles pulmonaires La paroi de chacune des alvéoles est formée d’épithélium plat en couche dont l’épaisseur est de 0,4 micromètres. La surface totale des alvéoles est proche de 100 m2. Ils sont entourés d’un dense réseau de capillaires sanguins dont la longueur totale est estimée à 2 800 km. La surface de diffusion entre l’air et le sang fait entre 50 et 80 m2. 11. A partir du texte ci-dessus et des documents 5 A et 5 B, indiquez quelles sont les caractéristiques communes

aux échanges pulmonaire et intestinal (voir le chapitre sur la digestion). 12. Indiquez quel est le sens de circulation du sang. 13. Citez les vaisseaux qui apportent le sang aux poumons et ceux qui l’en exportent. 14. Quelles conclusions pouvez-vous tirer ?

Conclusion 15. Déterminez les caractéristiques de l’échange entre l’air et le sang à partir des documents 2 et 5. 16. Faites un schéma fonctionnel illustrant ces échanges.


Les mouvements respiratoires ont pour effet de renouveler l’air des alvéoles pulmonaires. • 1. Le rythme des mouvements respiratoires

Age Sexe

à la naissance

à 5 ans à 12 ans adulte femme Homme

Rythme des mouvements respiratoires

40-50 25 20 16-18 14-18 12-16

Document 1 : Tableau indiquant le rythme respiratoire en fonction de l’âge et du sexe 1. Dites comment varie le rythme respiratoire. 2. Recherchez d’autres facteurs faisant varier le rythme respiratoire ? 3. Calculez le volume d’air entrant dans les poumons d’un adulte toutes les minutes ? (A chaque inspiration, un

demi litre d’air environ pénètre dans les poumons). 4. Mesurez avec un mètre de couturière le périmètre de votre cage thoracique en fin d’inspiration et en fin

d’expiration. Faites de même après une inspiration forcée et une expiration forcée. Comparez les résultats avec ceux du document 2 de l’activité 1. Que constatez-vous ?

La ventilation pulmonaire

Activité 3


• 2. Les volumes respiratoires

Document 2 A : Le spiromètre Le spiromètre est un instrument de mesure qui permet d’apprécier les volumes d’air mis en jeu dans les mouvements respiratoires. 5. A partir du schéma, cherchez à expliquer le fonctionnement du spiromètre.

Document 2 B : Enregistrement des volumes ventilés au cours du temps obtenu avec un spiromètre 6. Décrivez le mouvement du stylet au cours de l’inspiration puis au cours de l’expiration. 7. Calculez le volume d’air renouvelé au cours d’un mouvement respiratoire normal.


8. Calculez le nombre de mouvements en 1 minute donnée. • 3. Représentations schématiques des volumes d’air dans les poumons

Document 3 A : Représentation schématique des volumes respiratoires

9. Complétez et coloriez le schéma ci-dessous (3 B) en utilisant les données du schéma 3 A. 10. Calculez la capacité vitale des poumons sachant que la capacité vitale est le volume d’air qu’un sujet peut

rejeter de ses poumons à la suite d’une inspiration forcée suivie d’une expiration forcée.

Document 3 B : Schéma simplifié des volumes pulmonaires


Conclusion

11. Citez des facteurs qui peuvent modifier la ventilation pulmonaire ? 12. Comment peut-on l’améliorer ?


Des résultats expérimentaux obtenus chez l’homme, la souris et le ver de terre permettent d’expliquer la composition de l’air expiré comparée à celle de l’air inspiré.

• 1. Une caractéristique de l’air expiré

Document 1 A : L’enfant inspire l’air (début de l’expérience)

Document 1 B : L’enfant expire l’air (fin de l’expérience)

L’air expiré trouble l’eau de chaux. 1. Observez s’il y a un changement dans les flacons : si oui, dites lequel et où. 2. Déduisez de vos connaissances sur la composition de l’air et de l’observation du résultat, la composition de

l’air expiré.

Les échanges gazeux au niveau des poumons

Activité 4


• 2. Mesure des échanges gazeux avec une souris

Document 2 A : Appareil pour la mesure des échanges gazeux chez un petit animal et son schéma d’interprétation

Document 2 B : Appareil pour la mesure des échanges gazeux tissulaires et son schéma d’interprétation

3. Montrez que les organismes (souris et vers de terre) rejettent du CO2. 4. Expliquez l’utilité du récipient témoin du document 2 B. 5. Observez l’évolution du liquide coloré dans le tube en U. Interprétez le résultat constaté.


• 3. Consommation de dioxygène (O2) par différents organes du corps humain

Cœur Ecorce cérébrale Rein Foie Cerveau Muscles au repos

Légende : : consomation de O2

Document 3 : Histogramme montrant la consommation de O2 par différents organes du corps humain

6. Quelles conclusions pouvez-vous tirer des résultats observés ? 7. Trouvez une autre forme de représentation de ces résultats ? • 4. Volumes gazeux échangés

Composition de l’air inspiré et l’air expiré (en pourcentage du volume)

Gaz Air inspiré Air expiré

O2 20,79 15,3 CO2 0,03 4,2

Vapeur d’eau 0,36 6,2 Azote 78,82 74,3

Tableau 1 : Composition de l’air inspiré et l’air expiré (en pourcentage du volume)

Document 4 A 8. Précisez la nature des échanges entre l’air et le sang au niveau des poumons.


Teneur du sang en O2 et en CO2 (valeurs moyennes en cm3 dans 100 cm3 de sang)

Gaz A l’arrivée dans les poumons A la sortie des poumons

O2 150 195

CO2 54-60 49-50 N 2 2

Tableau 2 : Teneur du sang en O2 et en CO2 (valeurs moyennes en cm3 dans 100 cm3 de sang)

Document 4 B

Teneur du sang en gaz : répartition des gaz entre le plasma et les hématies

Gaz CO2 CO2 O2 O2 Sang hématosé

(sang artériel) Sang non hématosé

(sang veineux) Sang hématosé Sang non hématosé

Teneur cm3/ 100

cm3 49 54 19,5 15

Plasma (en %) 66% 65% 1,5% < 1% Hématies (en %) 34% 35% 98,5% > 99%

Tableau 3 : Teneur du sang en gaz : répartition des gaz entre le plasma et les hématies

Document 4 C

Les états du CO2 dans le sang CO2 combiné CO2 dissous

Bicarbonates

Plasma Hématies Plasma Hématies Carbo-HB

(hémoglobine) Sang hématosé 3,3 2,2 63,1 26,3 5,1 Sang non hématosé

3,3 2,4 61,7 25,5 7,1

Tableau 4 : Les états du CO2 dans le sang

Document 4 D 9. Comparez les données des tableaux 1 et 2 : qu’observez-vous ? 10. Que pouvez-vous dire sur le transport du dioxygène (O2) et du dioxyde de carbone (CO2) par le sang

(tableaux 3 et 4) ? 11. Les gaz respiratoires se trouvent-ils dans le plasma ou dans les hématies (tableaux 3 et 4) ? 12. Sous quelle forme est véhiculé l’O2 ? le CO2 ? 13. Le CO2 est beaucoup plus soluble dans l’H2O que ne l’est l’O2. Expliquez comment cette propriété peut

intervenir pour expliquer les résultats du tableau 3 ?


• 5. Caractéristique de la fixation de l’O2 par l’hémoglobine des hématies

Document 5 : La fixation réversible du dioxygène (O2) par l’hémoglobine des hématies 14. Qu’observez-vous ? 15. Dites quel est le rôle de l’hémoglobine et comment l’interprétez-vous ? 16. Donnez une explication à la représentation suivante : le sang hématosé en rouge et le sang non hématosé en

bleu dans les schémas de circulation (voir le document 5 B de l’activité 2) ?

Quelques gouttes d’hydrosulfite de sodium qui fixe l’oxygène en l’ôtant à l’hémoglobine

Solution d’hémoglobine à l’air rouge vif

O2


• 6. Les échanges gazeux pulmonaires

Air alvéolaire (pression partielle supérieure à celle dans le sang à l’arrivée aux poumons)

(pression partielle inférieureà celle dans le sang à l’arrivée

aux poumons)

O2 gazeux CO2 gazeux (100 mm de Hg) (40 mm de Hg)

PLASMA O2 dissous CO2 dissous

HEMATIE

Légende : : diffusion des gaz respiratoires : diffusion des composés de l’hémoglobine

Document 6 : Schéma fonctionnel des échanges respiratoires

O2 dissous Paroi alvéolaire CO2 dissous

Paroi capillaire

Hydrogénocarbonate (HCO3)

O2 dissous CO2 dissous Hémoglobine

Oxyhémoglobine (O2) Carbhémoglobine (CO2)

enzymes


Conclusion 17. A l’aide du document 6 et de vos connaissances, récapitulez les échanges gazeux au niveau des poumons en

les mettant en relation avec les phénomènes physiques observés. 18. Citez les mécanismes qui favorisent les échanges au niveau des poumons. 19. Donnez les formes de transport des gaz respiratoires au niveau des poumons.


La prise en charge (ou décharge) des gaz respiratoires par le sang assure une liaison entre les alvéoles pulmonaires et les cellules de l’organisme. • 1. La respiration cellulaire

Document 1 : Variante de l’expérience de Paul Bert Paul Bert démontre de manière expérimentale en 1870 que les tissus isolés de l’organisme échangent des gaz avec le milieu. L’expérience représentée schématiquement ci-dessus est une variante de celle de Paul Bert. 1. L’eau de chaux se trouble dans le tube A. Pourquoi ? 2. Le liquide coloré monte dans le tube à essai A. Pourquoi ? 3. Quel gaz a disparu dans le tube B. Pourquoi ? 4. Comparez les changements dans les deux montages et concluez.

Les échanges gazeux au niveau des tissus

Activité 5


• 2. L’irrigation sanguine des tissus

Document 2 A : L’irrigation sanguine des tissus (x 1000)

Document 2 B : Schéma des échanges entre les cellules

5. Dites comment dans l’organisme les tissus peuvent prélever de l’O2 et rejeter du CO2 lorsqu’ils ne sont pas

en contact avec l’atmosphère. 6. Retrouvez les milieux traversés successivement par ces deux gaz. 7. Citez les mécanismes qui favorisent les échanges entre les tissus et le sang.


• 3. Les échanges gazeux cellulaires

Légende : : diffusion des gaz respiratoires : phénomène chimique

Document 3 : Schéma fonctionnel montrant les échanges gazeux au niveau d’une cellule 8. Analysez le document 3. 9. Mettez en relation le document 3 avec le document 6 de l’activité 4. 10. Dites en quoi ces deux documents sont complémentaires.

O2 dissous Paroi capillaire CO2 dissous

Lymphe interstitielle

Cellule

Noyau

CO2 dissous O2 dissous

Formation de CO2 Consommation de O2


• 4. La respiration cellulaire O2

Légende : : transfert d’énergie

Document 4 : Schéma fonctionnel montrant le rôle de la respiration dans la cellule 11. Donnez le rôle du O2 absorbé par les poumons et transporté par l’hémoglobine. 12. Lavoisier (1743-1794) assimilait la respiration à une combustion. C’est ce qu’on appelle une oxydation.

Retrouvez dans quel but l’homme utilise habituellement l’oxydation de matières organiques. Citez les matières organiques utilisées essentiellement ?

13. Donnez l’origine du CO2 et de H2O ainsi que celle du carbone qui entre dans la composition du CO2 ? 14. Dites ce que la respiration permet d’assurer au sein de l’organisme.

Respiration

= Oxydation

Energie cellulaire

Nutriments

Synthèses Mouvements Echanges

Chaleur

CO2

H2O

Déchets azotés et autres

Molécules riches en énergie


• 5. Bilan sur la respiration Oxygène Aliments

Milieu extérieur

CO2 Urine Chaleur

Milieu extérieur

Document 5 : Place de la respiration dans le métabolisme de l’organisme

Poumon

Digestion

Intestin

Assimilation Surfaces

d’absorption

Oxyhémoglobine des hématies

Nutriments

Sang

O2

Oxydation = Respiration CO2 Déchets azotés Chaleur

Cellules

Poumon

Rein

Peau

CO2 dissous, Hydrogénocar-bonates, Combinaison CO2-Carbhé-moglobine

Surfaces d’élimination

(Calories) Foie

Urée

Sang

Organisme


Conclusion 15. En assemblant le document 6 de l’activité 4 et le document 3 de l’activité 5, faites un schéma fonctionnel du

mécanisme des échanges gazeux dans l’organisme. 16. Observez et commentez la place de la respiration dans le métabolisme de l’organisme. 17. Donner le rôle du sang dans les échanges liés à la respiration. Retrouvez les principaux vaisseaux que le

sang emprunte au cours de ces échanges.


Alvéole : cavité en cul-de-sac.

Artériole : artère de petit diamètre.

Bronche : ramification de la trachée ou d’une bronche par laquelle la circulation et la diffusion

des gaz peuvent se faire entre les alvéoles pulmonaires et l’air extérieur ; les bronches de petit diamètre sont dites bronchioles.

Capacité vitale pulmonaire :

volume d’air d’inspiration et d’expiration maximale.

Hématie : globule rouge, cellule sanguine en disque biconcave.

Larynx : partie supérieure de la trachée, débouche dans le pharynx ; Il contient les cordes vocales.

Mouvements respiratoires :

mouvements automatiques des poumons qui assurent la ventilation. Ce sont l’inspiration et l’expiration.

Pharynx : arrière-gorge, carrefour des voies respiratoire et digestive, et de la cavité buccale.

Trachée partie des voies respiratoires allant du larynx aux bronches.

Veinule : veine de petit diamètre.

Les échanges gazeux pulmonaires ont pour effet de renouveler l’oxygène (O2) du sang et d’éliminer le dioxyde de carbone (CO2). La respiration est le phénomène par lequel les cellules tirent leur énergie de la matière organique. Le sang apporte aux cellules outre l’oxygène (O2), les matières organiques. Il les débarrasse de leurs déchets et de la chaleur qu’elles dégagent. Ces échanges tissulaires se font entre le sang et les cellules par l’intermédiaire de la lymphe interstitielle.

Résumé de cours

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Mots clés

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