Partie I chap III La respiration
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Partie I Chapitre 3 : La RESPIRATION Prise en charge et transport des gaz respiratoires dans le sang Introduction Pour produire de l’énergie, les organes constitués de cellules ont besoin de nutriments et de 02(dioxygène). Dans le chapitre précédent, nous avons vu comment le sang se chargeait en nutriments et nous allons donc voir comment il se charge en dioxygène. De plus, lorsque les cellules utilisent ce 02, elles produisent du CO2 (dioxyde de carbone) qui est rejeté dans le sang. On va donc voir comment l’organisme se débarrasse de ce CO2. La principale fonction de l’appareil respiratoire est de fournir le O2 à l’organisme et de se débarrasser du CO2. I) Organisation générale de l’appareil pulmonaire A- Schéma de l’appareil pulmonaire L’appareil respiratoire est composé : 1. des voies aériennes qui acheminent l’air dans les poumons .Ces voies aériennes sont composées du pharynx, du larynx (présence des cordes vocales), de la trachée, des bronches, des bronchioles et d’alvéoles. 2. des poumons (1200g x2) : ce sont les organes de la respiration, ils se situent dans la cage thoracique de part et d’autre du cœur .Ils sont reliés aux côtes par la plèvre qui entoure les poumons, cela leur permet de suivre les mouvement de la cage thoracique lors des mouvements respiratoires. (www.svtcollege.fr) 1 Chaque poumon est constitué de 300 millions d’alvéoles, ce qui représente une surface de 70 m2 à 80 m2 et l’épaisseur de cette paroi est très faible : 0,2 micromètre. • Le trajet de l’air Le O2 que l’on inspire suit les voies aériennes (fosse nasale, trachée, bronche, bronchiole alvéole) : chaque organe a un structure adaptée à sa fonction. • Les bronches : fonction de conduction de l’air Lorsque l’on observe une coupe de poumon, on observe la présence de plusieurs trous : des petits trous qui sont les alvéoles et des grands trous qui sont des bronches. La structure de la bronche est adaptée à sa fonction c'est-à-dire à la conduction de l’air. En effet la paroi est constituée de muscles circulaires dont la contraction et le relâchement font varier le diamètre des bronches. Lorsque le diamètre diminue, on parle de broncho constriction, lorsque le diamètre augmente on parle de broncho-dilatation. De plus la paroi est constituée d’une couche de cellule ciliée qui sécrète du mucus qui fixe les poussières et les cils les propulsent vers le pharynx. Médecine : le tabac inhibe le mouvement des cils et finit par les détruire ; la toux devient alors le seul moyen d’empêcher l’accumulation du mucus dans les poumons. B – Schéma d’une alvéole pulmonaire Les bronchioles se terminent par des alvéoles. Les alvéoles sont constituées de 2 types de cellules les pneumatocytes I et II. Ces derniers secrètent le surfactant qui recouvre la surface interne des alvéoles et maintient les alvéoles ouvertes pour éviter le collapsus. Les alvéoles sont directement au contact des capillaires sanguins et la paroi des alvéoles et des capillaires fusionnent pour former la barrière alvéolo- capillaire .C’est au travers de cette 2 paroi que le O2 présent dans les alvéoles passe dans le sang et que le CO2 présent dans le sang passe dans les alvéoles (pst.chez-alice.fr). Comment se réalisent ces échanges entre le poumon et le sang ? II) Prise en charge des gaz respiratoires au niveau pulmonaire : A – Etude comparative des pressions partielles O2 / CO2 dans l’air alvéolaire , le sang et les tissus Lorsque l’on compare la composition du sang à l’entrée du poumon et celui à la sortie on constate que le sang sortant contient plus de O2 et moins de CO2 que le sang entrant .Cela signifie que des échanges gazeux se réalisent entre les alvéoles pulmonaires et le sang. Le sang qui arrive au poumon par l’artère pulmonaire est pauvre en O2 et riche en CO2 : on dit que le sang est non hématosé .Le sang qui quitte le poumon par la veine pulmonaire est riche en O2 et pauvre en CO2 : le sang est hématosé. Le sang hématosé est conduit jusqu’aux organes qui ont besoin du O2 par le système circulatoire. Lorsque l’on compare la composition du sang à l’entrée et à la sortie d’un organe, on constate que le sang qui entre dans l’organe est riche en O2 et pauvre en CO2 alors que le sang qui sort est riche en CO2, produit par les cellules, et pauvre en O2 .Cela signifie que des échanges gazeux se réalisent entre le sang et les organes. A la sortie de l’organe, le sang non hématosé est reconduit au cœur par les veines. 3 (www.svtcollege.fr) (bionacer.over-blog.com) Conclusion : ces échanges gazeux se réalisent à 2 endroits au niveau pulmonaire et au niveau tissulaire. Quels sont les mécanismes qui permettent ces échanges ? B – Echanges gazeux pulmonaires et tissulaires Les échanges gazeux se réalisent par diffusion, c'est-à-dire que les gaz diffusent selon le gradient de pression partielle. La pression partielle est la pression exercée par un gaz dissous dans un mélange de gaz .La pression partielle se chiffre en kilo pascal. Exemple : la pression partielle du O2 est la pression exercée par le O2 dissout dans l’air. Au niveau pulmonaire : Un gaz diffuse toujours en suivant le sens du gradient de pression partielle .L’échange gazeux pulmonaire résulte de la différence de pression partielle en 02 et en CO2 entre le sang qui entre dans les poumons et l’air présent dans l’alvéole .L’échange se réalise jusqu’à l’obtention d’un équilibre de ces 2 gaz entre les 2 milieux. 4 P02 air alvéolaire PO2 sang entrant poumons PO2 sang sortant poumons 14 KP 5,3 KP 14 KP PCO2 air alvéolaire PCO2 sang entrant poumons PCO2 sang sortant poumons 5, 3 KP 6,1 KP 5, 3 KP Explication : la pression partielle en 02 de l’air alvéolaire (14 kpa) est plus élevée que celle du sang entrant dans les poumons (5,3 kpa) .Le O2 diffuse en suivant le sens du gradient de Pression, c’est-à-dire des alvéoles vers le sang .La pression partielle du sang à l’issu de cet échange est de 14 kpa. La pression partielle en CO2 du sang qui arrive aux poumons (6 ,1 kpa) est plus élevée que celle de l’air alvéolaire (5,3 kpa) .Donc le CO2 diffuse selon le sens du gradient de pression partielle c'est-à-dire du sang vers les alvéoles. Le Co2 sera rejeté par l’expiration, la pression partielle en CO2 du sang à l’issue de cet échange est de 5,3 kpa. Au niveau tissulaire Les organes sont constitués de tissus eux même constitués de cellules .Les cellules ont besoin de 02 pour produire de l’énergie et le catabolisme du glucides /lipides, produisent du CO2 qui est un gaz toxique qu’elles doivent évacuer. PO2 sang sortant poumons PO2 dans cellules 14 KP 5,6 KP PCO2 sang sortant poumons PCO2 dans cellules 5, 3 KP 6,6 KP Le 02 présent dans le sang a une pression partielle (14 kpa) supérieure à celle présente dans les cellules des tissus (5,6 kpa). Donc le O2 diffuse du sang vers les cellules .Le CO2 présent dans les cellules a une pression partielle (6,6 kpa) supérieure à celle du sang donc le CO2 diffuse de la cellule vers le sang. III ) Transport des gaz respiratoires dans le sang : A – Formation et dissociation de l’oxyhémoglobine Le O2 est transporté sous 2 formes : 1. soit sous forme dissoute .Cependant le 02 a une faible solubilité ce qui limite son transport sous forme dissoute. Cela représente 2% du transport total du dioxygène. 2. soit combiné à l’hémoglobine présente dans les globules rouge (érythrocytes hématie). 5 L’hématie présente une structure adaptée à sa fonction : Cette forme biconcave permet de présenter une grande surface très étendue par rapport à leur volume, il en résulte une prise en charge plus importante des gaz respiratoires. A quoi est due cette forme ? : La Protéine (spectrine) présente sur sa membrane plasmique (face interne) forme un filet déformable .De ce fait, le GR peut se tordre ce qui lui permet de passer dans les capillaires (5micromètres), dont le diamètre est inférieur à celui des globules rouges. Une hémoglobine est constituée de 4 monomères formés chacun d’une globine (protéine) au centre duquel se trouve un atome de FER (Fe 2+ : l’hème). C’est au niveau de ce fer que la fixation réversible d’une molécule de O2 a lieu selon la réaction suivante. Et le CO2 ? Le CO2 issu de l’activité cellulaire est transporté dans le sang sous 3 formes : 1. 70% du CO2 est transporté sous forme d’ion HCO3- (ions hydrogénocarbonates = bicarbonate). 2. 20% du CO2 est transporté par les fonctions amines des protéines du sang. 3. 10% du CO2 est transporté sous forme dissoute .Le CO2 est 20 fois plus soluble que le O2 donc le CO2 se dissout plus facilement dans le plasma que le O2. B – Mécanismes de transport des gaz respiratoires dans le sang Sens 1 : Quand P° de O2 élevée (exemple : poumon) Hb +O2 HbO2 Sens 2 : Quand P° de O2 faible (exemple : tissu) 6 Transport du CO2 sous forme d’ion hydrogenocarbonate CO2 + H2O H2CO3 HCO3+ Ac carbonique ion hydrogenocarbonate H+ proton Le CO2 s’associe au H2O dans le cytoplasme du GR et dans le plasma selon la réaction suivante .Cependant cette association (hydratation) est 2000 fois plus rapide dans le cytoplasme des globule rouges que dans le plasma, car il y a une enzyme qui catalyse la réaction : l’anhydrase carbonique. L’acide carbonique est instable, donc il se dissocie rapidement pour former les ions bicarbonates .Dans les capillaires pulmonaires, le processus est inversé. Transport du CO2 par les fonctions amines des protéines • Soit le CO2 se fixe à la fonction amine (NH2) de la globine de l’hémoglobine alors que le O2 se fixe sur l’hème : cette combinaison forme la carbohémoglobine, donc le CO2 n’est pas un concurrent du O2. La fixation du CO2 sur l’hémoglobine facilite la dissociation du dioxygène et de l’hémoglobine. • Soit le CO2 se fixe en plus faible quantité aux protéines du plasma et forme le composé carbaminé. Conclusion (© Michel Forest) 7 Planche exercices : Exercice I : Le tableau ci-dessous indique les pressions partielles des gaz respiratoires dans l'organisme. Pressions partielles Air alvéolaire Sang veineux Sang artériel Tissus O2 en kpa 14 5.3 13,2 4 CO2 en kpa 5,3 6,1 5,3 6.6 1) Rappeler les zones d'échange des gaz respiratoires à l'aide des connaissances acquises. 2) À l'aide des valeurs indiquées dans le tableau, expliquer le mécanisme et le sens des échanges gazeux au niveau de chaque zone d'échange précédemment identifiée. Le document suivant donne la courbe de saturation d’une molécule appelée Y en O2, en fonction de la pression partielle en O2. 3) Identifier cette molécule 4) Etablir un schéma simplifiée de sa structure 5) Commenter les résultats observés. Exercice II : A l’aide du document du cours page 2 : 1) Décrire les mouvements de la cage thoracique au cours d’une inspiration et les mouvements de la cage thoracique au cours d’une expiration. 2) Expliquer l’origine de ces mouvements. 8
