Pour travailler sur la respiration J-P Geslin

JEAN-PIERRE GESLIN, PROFESSEUR D’IUFM
1 cigarette écourte la
vie de 11 minutes…
I- PROGRAMMES AU CYCLE 3 :
B.O. N°1, 14 FÉVR. 2002, PROGRAMMES DE
L’ÉCOLE PRIMAIRE :
Le corps humain et l’éducation à la santé…
L’éducation à la santé est liée à la découverte du
fonctionnement du corps en privilégiant les conditions
de maintien du corps en bonne santé :
- les mouvements corporels (fonctionnement des
articulations et des muscles) ;
- première approche des fonctions de nutrition
(digestion, respiration et circulation) ;
- reproduction des humains et éducation à la sexualité ;
- conséquences à court et long terme de notre hygiène ;
actions bénéfiques ou nocives de nos comportements
(notamment dans l’alimentation) ;
- principes simples de secourisme : porter secours, en
identifiant un danger, en effectuant une alerte complète,
en installant une personne en position d’attente.
LES COMPETENCES A DEVELOPPER (extrait du document d’application des
programmes en Sciences et technologie au cycle 3) :
Respiration et circulation
Compétences spécifiques
Commentaires
* Être capable de mesurer
des rythmes respiratoire et
cardiaque et les interpréter
pour comprendre les liens
entre respiration, circulation
et activité physique.
* Être capable de repérer les
mouvements
respiratoires
(inspiration et expiration) et
d'effectuer
une
première
approche de la distinction
entre l'air inspiré et l'air
expiré.
* Être capable de développer
des arguments mettant en
évidence le rôle de la
circulation sanguine dans
l'alimentation des organes à
partir des poumons et du tube
digestif.
* En s'appuyant sur des documents (radiographies,
livres, multimédia) et l'observation de quelques
organes d'animaux, on construit une représentation
schématique de quelques-uns des principaux organes
impliqués dans la respiration et la circulation sanguine,
en
esquissant
certaines
de
leurs
relations
fonctionnelles (par exemple cœur, poumons, vaisseaux
sanguins, foie).
* On abordera ces relations par des observations ou
des mesures en liaison avec une approche dynamique
(modification du rythme en fonction de l'effet, etc.).
* On en reste aux principes élémentaires avec des
formulations simples. En aucun cas on n'aborde les
questions au niveau cellulaire...
* On pourra envisager la continuation de modèles
matériels (par exemple, cœur, poumons, cage
thoracique).
* Prévention contre les risques : exemple du tabagisme
en montrant des radiographies de poumons de
fumeurs et de non-fumeurs.
Jean-Pierre Geslin, professeur d’IUFM
2
II- PISTES PEDAGOGIQUES :
1. Afin de faire exprimer les représentations : « Respirer, qu’est-ce que c’est ? »
2. Situation problème 1 : « Comment mettre en évidence l’entrée et la sortie de l’air ? »
Quand il fait froid, on voit la buée… On peut placer une plume devant le nez ou la bouche…
Si les enfants proposent de respirer dans un sac en plastique, pensez à en présenter le caractère
dangereux… On peut utiliser le document
iconographique n° 6.
3. Situation problème 2 : « Comment déterminer la
quantité d’air expirée ? »
Ü Il est préférable que les enfants trouvent le dispositif.
Matériel à prévoir :
* 1 ballon en caoutchouc et un mètre de couturière afin
de pouvoir mesurer le diamètre du ballon après
expiration puis de calculer son volume
* une grande bouteille en verre de 2 litres, une cuvette,
un tuyau en plastique et de l’eau.
Ü On peut aussi fournir le document 7 qui présente un
spiromètre artisanal…. Aux enfants de trouver un
moyen pour mesurer le volume de gaz.
La capacité respiratoire Þ avec l’âge et est +
importante chez les garçons que chez les filles.
4. Faire faire : « Quel est le rythme de ma
respiration ? »
Faire travailler les enfants par 2, l’un donne le signal de départ et de fin et décompte les
mouvements respiratoires de l’autre au repos, après la marche ou la course. On inverse ensuite.
Prévoir des montres avec temps exprimé en secondes. Fournir ensuite les tableaux 1 et 2.
5. « Où va l’air que nous respirons ? »
Constater l’augmentation du diamètre thoracique (prévoir un mètre de couturière qui permet de
vérifier cet accroissement). Il est de 2 à 4 cm chez l’enfant. Utilisation des documents 1, 2, 3, 4
et 5. Les enfants savent souvent que « l’air va dans les poumons ». Le fait de disséquer en classe
le thorax d’un animal de boucherie comme le lapin ou un cœur-poumon de mouton est très
discuté… à vous de voir…
6. Recherche documentaire 1 : « Quelle modification de composition subit l’air inspiré ? »
L’air qui sort est plus chaud (il suffit de souffler sur le réservoir d’un thermomètre avec une
pompe à bicyclette puis à l’aide de son propre appareil respiratoire).
Il contient de la vapeur d’eau (visible sous forme de buée quand on souffle sur une glace alors
que ceci ne s’observe pas avec la pompe à bicyclette).
On peut mettre en évidence que l’air expiré contient du gaz carbonique à l’aide d’eau de
chaux (voir document 9) : l’air insufflé dans la solution à l’aide d’une pompe à bicyclette ne la
trouble pas (elle reste limpide) alors que celui expiré dans la solution à l’aide d’un tuyau en
caoutchouc ou d’une paille la rend blanchâtre.
Fournir le tableau 3 qui indique que l’air expiré contient moins d’oxygène (ce qu’il n’est pas
possible de mettre en évidence à l’Ecole Elémentaire).
7. Recherche documentaire 2 : A quoi sert l’oxygène prélevé ?
Fournir le document iconographique 8 avec son texte accompagnateur. Si une question concerne
le transport de l’oxygène : fournir le tableau 4.
Jean-Pierre Geslin, professeur d’IUFM
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8. Recherche documentaire 3 : D’où vient le gaz carbonique rejeté ?
Fournir le document iconographique 8 avec son texte accompagnateur. Si une question concerne
le transport du gaz carbonique : fournir le tableau 4.
9. Recherche documentaire 4 : « Quels sont les dangers du tabac » ?
Voir documents sur le tabagisme page 14. Dans le domaine de la santé (et de l’environnement),
il importe que les enfants une fois informés ent reprennent des actions de prévention auprès des
autres (exposition, exposé, pièce de théâtre…). Cette démarche de prévention, si elle n’est pas
toujours efficace auprès des autres, le sera pour eux- mêmes. Il est en effet plus difficile de
transgresser après avoir participé activement à une action de prévention.
III- NOTIONS ET DEFINITIONS :
Respiration :
Mécanisme par lequel les organismes vivants prélèvent et utilisent l'oxygène de l’air
(ou de l’eau) et rejettent du dioxyde de carbone.
Inspiration :
Action de faire pénétrer l'air dans ses poumons. Au cours d’une inspiration, ½ litre
d’air pénètre dans les poumons.
Expiration :
Action de faire sortir l'air de ses poumons. Au cours d’une expiration, ½ litre d’air
sort des poumons. Attention expirer signifie aussi «rendre le dernier soupir » =
mourir.
Inspiration forcée : Le volume d’air qui pénètre en plus lors d’une inspiration forcée est de 2,5 à 3 litres.
Expiration forcée :
Le volume d’air qui sort en plus lors d’une expiration forcée est de 1 litre. Les
muscles abdominaux, en repoussant les organes contre le diaphragme le font
remonter… ce qui diminue le volume de la cavité thoracique.
Capacité vitale :
La capacité vitale est le volume maximal d’air qui peut être mobilisé entre une
inspiration forcée et une expiration forcée.
Volume résiduel :
En fin d’expiration forcée, il reste encore 1, 5 l d’air dans les poumons : c’est l’air
qu’on ne peut pas chasser des poumons ou « volume résiduel ».
Mouvements
respiratoires et
rythme
respiratoire :
Inspiration et expiration constituent ensemble les mouvements respiratoires.
L'homme inspire et expire en moyenne 19.000 litres d'air par jour. Le rythme
respiratoire (= rythme de la respiration) s’accroît lors d’un effort physique. Le
rythme respiratoire peut aussi être volontairement modifié mais c’est plus
difficile quand on est essoufflé.
Fosses nasales :
Cavité séparée en 2 par une cloison osseuse médiane et verticale. Les fosses nasales
font communiquer l’extérieur avec le pharynx. Elles filtrent l'air inspiré et
perçoivent les odeurs grâce à leur « muqueuse olfactive ».
Pharynx :
Carrefour de 13 cm de hauteur entre la voie respiratoire et la voie digestive.
Larynx :
Lien entre le pharynx et la trachée. Il renferme les cordes vocales, qui contrôlent la
voix.
Trachée :
Canal de 18 cm de long et de 2 cm de diamètre, maintenu ouvert par 16 à 20
anneaux de cartilage. Elle fait communiquer le larynx avec les bronches et sert au
passage de l'air.
Poumons :
Organes mous, très légers, spongieux et élastiques disposés dans le thorax de part et
d’autre du cœur. Ils sont collés à la cage thoracique par des membranes : les plèvres.
Quand la cage thoracique se gonfle, les poumons se gonflent ce qui entraîne une
entrée d’air (inspiration). Lorsque les muscles respiratoires se relâchent, la cage
thoracique s’affaisse et l’air sort des poumons (expiration).
Si les poumons permettent de prélever l’oxygène présent dans l’air atmosphérique,
les branchies sont, elles, adaptées à la respiration de l’oxygène dissous dans l’eau
(Cf. poissons et larves d’amphibiens).
Jean-Pierre Geslin, professeur d’IUFM
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III- NOTIONS ET DEFINITIONS (suite) :
Bronches :
Conduits résultant de la division de la trachée et qui permettent à l’air de parvenir aux
poumons. La trachée se divise en 2 bronches souches d’abord extérieures aux 2 poumons.
Les bronches souches se divisent à l’intérieur des poumons en « bronches lobaires » (3 à
droite et 2 à gauche) puis en bronches plus petites.
Bronchioles :
Les bronches se ramifient dans les poumons en tuyaux de plus en plus fins : les
bronchioles. Les plus petites font 1 à 2/10 èmes de mm de diamètre et aboutissent aux
alvéoles pulmonaires.
Alvéoles
pulmonaires :
Les alvéoles pulmonaires sont de petits sacs où s’effectuent les échanges gazeux entre
l’air et le sang (oxygène) et entre el sang et l’air (dioxyde de carbone). 700 millions
d’alvéoles pour les 2 poumons. On estime que cela correspond à une surface d’échange
d’environ la moitié d’un terrain de foot.
Diaphragme :
Muscle aplati, de forme convexe au repos, qui sépare la cavité du thorax et celle de
l’abdomen. Lorsqu’il se contracte, il s’aplatit et le volume de la cage thoracique augmente.
C’est le principal muscle de l’inspiration. Le hoquet est dû à des contractions involontaires
et répétées du diaphragme.
Muscles
intercostaux :
Muscles situés entre les côtes et dont la contraction élève ces dernières. Ceci contribue à
augmenter le volume de la cage thoracique lors de l’inspiration.
Cage thoracique :
La cage thoracique est formée par l’ensemble des côtes, du sternum et de la colonne
vertébrale. Les espaces situés entre les côtes sont occupés par des muscles : les muscles
intercostaux. Vers le bas, la cage thoracique est limitée par un muscle plat : le diaphragme.
Les poumons adhèrent à la cage thoracique par le biais d’une double membrane : la
plèvre. Le volume de la cage thoracique augmente à chaque inspiration et diminue à
chaque expiration.
Oxygène ou
dioxygène (O2) :
Gaz incolore, inodore et sans saveur qui forme la partie de l'air nécessaire à la respiration.
En 24 heures les poumons absorbent 500 litres d’oxygène. Dans le sang, plus de 98 % de
l’oxygène est transportée par les globules rouges (sur leur hémo-globine). Le sang qui
arrive aux organes est riche en oxygène et celui qui en sort est pauvre en oxygène.
Dioxyde de
En 24 h, les poumons rejettent 400 litres de dioxyde de carbone. Dans le sang le gaz
carbone ou gaz
carbonique est transporté à la fois par le plasma (pour les 2/3) et par les globules rouges
carbonique (CO2 ) : (pour le 1/3). Le sang qui arrive aux organes est pauvre en gaz carbonique et celui qui en
sort est riche en gaz carbonique.
Echanges gazeux
respiratoires :
En passant par les poumons, le sang s’enrichit en oxygène et s’appauvrit en dioxyde de
carbone. C’est le contraire au niveau des organes.
Respiration au
niveau des organes
(= respiration au
niveau des cellules
qui les constituent) :
Les cellules du corps humain se rassemblent pour former des organes. Elles ont besoin
d’oxygène pour pouvoir dégrader les nutriments et récupérer l’énergie qu’ils contiennent
(= les brûler). Ceci ne peut se faire qu’en présence d’oxygène et aboutit à la production de
gaz carbonique : Nutriment + oxygène _ gaz carbonique + eau + éventuellement
d’autres déchets comme l’urée + énergie
L’asphyxie (mot
L’asphyxie peut être liée à une obstruction des voies aériennes (par noyade ou
du genre féminin) : étranglement), à une diminution de la quantité d’oxygène dans l’air (altitude, air confiné),
à la présence dans l’air d’oxyde de carbone ou encore à une insuffisance fonctionnelle ( =
insuffisance de fonctionnement) des poumons ou du cœur.
Maladies des
poumons :
* Bronchite : inflammation des bronches et des bronchioles qui entraîne de la fièvre et de
la toux. Aiguë elle est généralement d’origine virale et parfois due à des bactéries.
Chronique, elle est liée au tabagisme.
* Emphysème : dilatation des alvéoles conduisant à leur destruction.
* Tuberculose pulmonaire : maladie infectieuse et contagieuse due au bacille de Koch. La
vaccination contre la tuberculose, par le B.C.G., est obligatoire.
Jean-Pierre Geslin, professeur d’IUFM
5
Résumé et synthèse conceptuelle :
Durant toute la durée de notre vie, jour et nuit, nous respirons : de l’air entre dans nos
poumons et en ressort moins riche en oxygène mais plus riche en gaz carbonique.
L’oxygène qui se trouvait dans l’air rejoint le sang qui le transporte jusqu’à nos organes.
Les aliments, après digestion, traversent la paroi de l’intestin et passent eux aussi dans le
sang qui les transporte vers tous nos organes.
De même que le carburant d’une voiture est brûlé pour dégager de l’énergie, les aliments
sont brûlés dans tous les organes du corps.
Cette combustion ne peut se faire qu’en présence de l’oxygène pris dans l’air au niveau des
poumons et amené au niveau des organes par le sang.
Cette combustion produit du dioxyde de carbone qui après transport par le sang est
éliminé au niveau des poumons.
Les muscles qui travaillent ont besoin de plus d’énergie et donc de plus d’oxygène. C’est la
raison pour laquelle notre rythme respiratoire s’accroît quand nous courons.
Le tabac est responsable de nombreuses maladies dont le cancer des bronches qui amènent
l’air dans les poumons. Il entraîne aussi des cancers du pharynx, des lèvre s, de la vessie…
ATTENTION… TABAC ET ALCOOL S’ASSOCIENT FORT BIEN…LE CANCER DE
L’ŒSOPHAGE RESULTE DE LEUR EFFET CONJOINT…
Jean-Pierre Geslin, professeur d’IUFM
6
IV- DOCUMENTS UTILISABLES AVEC LES ELEVES DU CYCLE III :
IVA- Tableaux :
Tableau 1 : Nombre de mouvements respiratoires par mn au repos en fonction de l’âge :
Age
Nb de ments
Naissance
45
5 ans
25
12 ans
20
Adulte
12
# -----------------------------------Tableau 2 : Nombre de mouvements respiratoires par minute selon l’activité :
Couché
Debout
Marche
Course
Rythme respiratoire
10
12
19
61
# -----------------------------------Tableau 3 : L’air expiré a-t-il la même composition que l’air inspiré ?
L’air est essentiellement composé d’azote, d’oxygène et de gaz carbonique.
Air inspiré Air expiré
Oxygène en ml pour 100 ml d’air
21
16
Gaz carbonique = dioxyde de carbone en ml pour 100 ml d’air
Azote en ml pour 100 ml d’air
0,03
79
5
79
# -----------------------------------Tableau 4 : Quantité d’oxygène, de gaz carbonique et d’azote dans le sang :
Oxygène en ml de gaz pour 100 ml de sang
Sang arrivant dans
les poumons
16
Sang sortant
des poumons
20
53
48
2
2
Gaz carbonique = dioxyde de carbone en ml de gaz
pour 100 ml de sang
Azote en ml de gaz pour 100 ml de sang
# -----------------------------------Tableau 5 : Quantité d’oxygène, de gaz carbonique et d’azote dans le sang :
Oxygène en ml de gaz pour 100 ml de sang
Gaz carbonique = dioxyde de carbone en ml
de gaz pour 100 ml de sang
Azote en ml de gaz pour 100 ml de sang
Sang parvenant dans
un muscle au repos
20
Sang sortant d’un
muscle au repos
17
48
52
2
2
# ------------------------------------
Jean-Pierre Geslin, professeur d’IUFM
7
IVB- Documents iconographiques :
Document 1 :
Fin d’inspiration
Fin d’expiration
Photographie : Labat
Document 2 :
Fin d’inspiration
Fin d’expiration
CNRI
Jean-Pierre Geslin, professeur d’IUFM
8
Document 3 :
Fin d’inspiration
Fin d’expiration
Iconographie : Valérie Perrin
Document 4 :
Bronchographie :
CNRI
Jean-Pierre Geslin, professeur d’IUFM
Information pour les
maîtres : la bronchographie
est un examen qui consiste à
opacifier les bronches afin
de les rendre visibles. On
emploie une molécule iodée
hydrosoluble et opaque aux
rayons X : le iopydol que
l’on introduit à l’aide d’un
cathéter sous contrôle
radioscopique et qui tapisse
l’arbre bronchique.
L'opacité observée est
proportionnelle à la teneur
en iode. La bronchographie
doit être, en principe,
unilatérale. Elle est de
moins en moins pratiquée
car le poumon n'est plus
opérationnel et le patient a
donc la sensation d'étouffer.
Un expectorant favorise
l'élimination du produit. On
remplace aujourd’hui cet
examen par le fibroscopie
bronchique.
9
Document 5 :
Alvéole pulmonaire très
grossie (elle est localisée par
un rectangle sur le schéma de
gauche). A son niveau,
l’oxygène contenu dans l’air
traverse sa paroi et rejoint le
sang qui de rouge foncé
devient rouge clair (sang
oxygéné).
Nouvelle Collection Tavernier
chez Bordas.
Document modifié extrait de « Science et technologie, cycle des
approfondissements : CM ».
Nouvelle Collection Tavernier chez Bordas.
Voici des étiquettes : il faut les mettre dans l’ordre pour indiquer le(s) chemin(s) de l’air inspiré :
Pharynx
Fosses
nasales
Bouche
Nez
Alvéole
pulmonaire
Trachée
Bronche
Bronchiole
Jean-Pierre Geslin, professeur d’IUFM
10
Document 6 :
Photographie : Philippe Jeanbor-Photeb
Jean-Pierre Geslin, professeur d’IUFM
11
Document 7 :
Modifié d’après Hatier concours PE1 et PE2, Biologie Géologie par Paccaud et Vuala.
# -----------------------------------Document 8 :
L’oxygène puisé dans l’air au
niveau des poumons est conduit
par le sang à tous les organes.
Cet oxygène permet de brûler les
aliments déjà digérés (=
nutriments) et de récupérer
l’énergie qu’ils contiennent.
Cette réaction de combustion
aboutit à la production de gaz
carbonique ou dioxyde de
carbone. Les organes rejettent ce
dioxyde de carbone dans le sang
et il est conduit vers les poumons
où il passe dans l’air.
Remarque : 1 seul des 2
poumons est ici représenté.
Echanges gazeux entre l’air et
le sang et entre le sang et les
organes :
Document extrait de « Sciences et
technologie ». CM. Editions Bordas.
Collection Tavernier.
Jean-Pierre Geslin, professeur d’IUFM
12
Document 9 :
Modifié d’après Hatier concours PE1 et PE2, Biologie Géologie par Paccaud et Vuala.
# -----------------------------------Comment l’enseignant peut-il fabriquer de l’eau de chaux ?
1/ Il suffit de dissoudre dans de l’eau
de la chaux éteinte Ca (OH)2
(matériau de construction qui ne
présente pas de risque à être
manipulé).
2/ Filtrer le mélange blanc obtenu (à
gauche) appelé lait de chaux à l’aide
d’un
papier
filtre (à
droite).
Document http://convergence.chez.tiscali.fr/ppcp/GO/chaux.htm
3/ Le liquide filtré est de l’eau de chaux (qui ressemble par son
aspect à de l’eau pure).
4/ Cette eau de chaux se troublera en présence de gaz carbonique
(CO2 ). Le trouble est dû à la reformation de calcaire Ca C03 .
Jean-Pierre Geslin, professeur d’IUFM
13
V- Le tabagisme :
http://www.stoptabac.ch/fr/report.html
Le tabagisme est
considéré comme
responsable de 60 000
décès par an en France.
1 cigarette écourte la vie
de 11 minutes
… et donc 1 paquet
d'environ 4 heures. Si tu
fumes 2 paquets par jour,
tu perds environ 1/3 de ta
vie.
La fumée renferme des
dizaines de cancérigènes,
ce qui la rend
extrêmement dangereuse
sur les bronches.
NNNNNNN
Jean-Pierre Geslin, professeur d’IUFM
14
VI- EVALUATION A COURT TERME :
Affirmations
Vrai
Les poumons sont des organes qui se gonflent et se
dégonflent au cours de la respiration.
Les poumons sont formés de nombreux tuyaux d'air
ramifiés et de tuyaux de sang également ramifiés.
Les poumons sont en relation par des vaisseaux
sanguins avec les autres organes.
Les poumons ne contiennent pas de sang.
L’air contient de l’oxygène, du dioxyde de carbone et
de l’azote
L’air qui ressort des poumons a perdu du gaz
carbonique.
Faux
Correction
Vrai
Vrai
Vrai
Faux
Vrai
Faux
Au niveau des organes, il se forme du dioxyde de
carbone.
Vrai
Le sang transporte l’oxygène, le gaz carbonique et les
aliments digérés.
Vrai
Certaines affirmations sont extraites de « Hatier concours PE1 et PE2, Biologie Géologie » par Paccaud et Vuala.
Savez- vous que ce sont les végétaux
qui ont produit l’oxygène présent sur
notre planète ?
Jean-Pierre Geslin, professeur d’IUFM
15