Aller plus haut pour être plus fort
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Aller plus haut pour être plus fort ? 1. Situation – Problème. Quelques réalités. 1° Depuis plusieurs dizaines d'années, les athlètes d'endurance séjournent et s'entraînent plusieurs semaines en moyenne altitude (2000 – 2800 m) afin d'améliorer temporairement leur performance lors du retour au niveau de la mer. Ainsi, l'équipe de France de football s'entraîne régulièrement à Tignes (dans les Alpes). 2° Plusieurs pays construisent leur centre d'entraînement en altitude. Ainsi, en France, le centre de Font-Romeu (Pyrénées) est édifié en 1966 à 1850 m d'altitude afin de préparer les sportifs français aux jeux olympiques de Mexico en 1968. 3° En 1995, le coureur cycliste Miguel Indurain passe quelques jours en altitude afin de s'acclimater pour les championnats du monde qui se déroulaient à 3000 m. Questions: * Quels sont les effets de l'altitude sur l'organisme ? * Comment l'organisme s'adapte t'il à l'altitude ? 2. Caractéristique de l'altitude. Rappelle toi ! Unité de pression atmosphérique = Quelques valeurs indicatives de pression atmosphérique: Au niveau de la mer: 1013 hPa Mont Blanc (4808m): 560 hPa Everest (8848 m): 320 hPa Evalue l'altitude correspondant à une pression de: 1000 hPa: 500 hPa: 250 hPa: Biologie (niveau A) Page 1. 1 Constatations: La pression atmosphérique ..................... avec l'altitude. Explication: La diminution de la pression atmosphérique s'explique par la ............................................................. L'air est un mélange. Le nombre de molécules de chacun de ses constituants diminue avec l'altitude. La quantité de dioxygène est donc réduite. Rappelle toi: quelle est la proportion de dioxygène dans l'air ? ............. schématisation: O = 1 molécule de dioxygène. ▲ = 1 molécule d'azote. 1000 hPa 500 hPa 250 hPa Au niveau de la mer comme à 10000 m d'altitude, l'air contient toujours la même proportion de dioxygène. Les problèmes de l'homme en altitude. En 1950, conseillés par les médecins qui pensaient la survie impossible au-dessus de 8000 m, les pionniers de la haute altitude qui ont gravi les premiers 8000 m ont eu recours à des bouteilles délivrant du dioxygène sous pression (hyperbare) afin de compenser la baisse de pression en dioxygène. Actuellement, les secouristes peuvent mettre à disposition des alpinistes victimes du mal des montagnes, des caissons hyperbares gonflables qui restituent à 5000 m la pression atmosphérique correspondant à l'altitude 1000 m. En 1978, Reinold Meissner conquit l'Everest pour la première fois en respiration libre. Les limites de l'impossible étaient repoussées par la volonté humaine et les progrès de l'expérimentation physiologique dans des conditions extrêmes de vie. Biologie (niveau A) Page 1. 2 En altitude, chaque individu subit une « crise » liéée au manque de dioxygène: le mal des montagnes. Celui-ci débute déja à une altitude de 1000 m et devient sévère dès 3000 m. Tu comprendras – dans la suite du cours – comment le corps s'est adapté à cette situation. 3. De quoi ont besoin les sportifs pour exercer leur activité physique ? Observations: 1° Analyse la séquence sur la course à pied. On constate une ................................... du rythme respiratoire. A bout de force, l'athlète s'effondre avant la fin de la course. Que lui administre t-on immédiatement ? ............................................................................................ ==> Le ........................... joue un rôle très important dans la production d'énergie par l'organisme. Il est tellement vital qu'un homme peut rester près de 70 jours sans manger, 5 jours sans boire, mais ne résiste pas plus de 5 minutes sans respirer ! Biologie (niveau A) Page 1. 3 2° Voici les mesures de masse de quelques pigeons de concours qui ont effectué d'une traite la distance Bordeaux-Namur (moyenne établie sur un échantillon de 7 pigeons): Masse au départ Masse à l'arrivée 525 g 445 g Amaigrissement On constate que: - tout se passe comme si l'animal ......................................... - lorsque l'animal arrête de s'alimenter, tout effort engendre un ............................................ ==> 3° La ................................ joue un rôle important dans la production d'énergie par l'organisme. a) En vue de disputer le sprint final, le coureur cycliste a besoin d'énergie nouvelle. Que consomme t-il à ce moment ? ........................................................................ b) Que donne t-on à Gaston pour lui fournir de l'énergie ? ....................................... ==> Biologie (niveau A) Le ...................... est un aliment qui procure de l'énergie. Page 1. 4 4° Compare les photos du cycliste et du motocycliste. Le cycliste: - est plus rapidement ........................... - son rythme cardiaque ....................... - il a ................. et ................................. abondamment. Le motocycliste se comporte comme quelqu'un qui est au repos sur une chaise et se fatigue nettement moins que le cycliste. ==> Dans les 2 cas, les 2 individus effectuent le même parcours. Cependant, le cycliste ........................... l'énergie lui-même; tandis que le motocycliste ......................... de l'énergie produite par le moteur. 4. Comment l'organisme produit-il l'énergie nécessaire ? Les observations effectuées peuvent être résumées comme suit: - nous consommons énormément de dioxygène lorsque nous effectuons un effort ou un travail violent. - il est nécessaire de bien s'alimenter pour pouvoir développer toutes ses capacités physiques. - lors de la production d'énergie: . des substances organiques sont consommées (ex: le glucose). . des échanges gazeux sont effectués avec le milieu. . une légère élévation de température révèle la dépense énergétique. Nous pouvons résumer les renseignements recueillis dans un modèle explicatif: Nutriments + Dioxygène -------> Energie utile et chaleur Où se passe cette réaction ? ................................................ Qui transporte le dioxygène et les nutriments aux cellules ? ............................ D'où vient le dioxygène? ................................................................... Comment parvient-il au sang ? .......................................................... D'où viennent les nutriments ? ........................................................... Comment parviennent-ils au sang ? ................................................... Biologie (niveau A) Page 1. 5 5. La cellule animale. Introduction. C'est le microscope, inventé au 17ème Siècle, qui a permis d'observer pour la première fois des cellules. Il faudra attendre le 19ème iècle (Théodore SCHWANN en 1839) pour que soit élaborée la théorie cellulaire qui affirme que « Tout organisme vivant est constitué de cellules ayant une vie propre ». Les êtres vivants peuvent être formés: - d'une seule cellule: ce sont des UNICELLULAIRES. Exemples: bactéries, amibe ... - d'un ensemble de cellules: ce sont des PLURICELLULAIRES. Exemple: l'être humain possède environ 60 000 000 000 000 cellules (notation scientifique : ...............................). Structure. Tous les êtres vivants présentent la même structure de base: la CELLULE. Une cellule est formée: - d'une membrane cytoplasmique qui sert de limite entre les milieux extérieur et intérieur. - de cytoplasme, milieu intérieur de la cellule, composé d'un liquide visqueux. - d'organites dont le noyau. Chez tous les êtres vivants, les cellules ne vivent que si elles échangent avec le milieu extérieur différentes substances (ex: le dioxygène, les nutriments, les déchets). Ces échanges s'effectuent au travers de leur membrane cytoplasmique. Biologie (niveau A) Page 1. 6 Organisation des êtres vivants. Des cellules de même structure et ayant la même fonction sont groupées en tissus. Plusieurs tissus différents forment un organe. Un groupement de plusieurs organes différents assurant une fonction précise dans l'organisme forme un système. L'organisme constitue l'être vivant à part entière pouvant assurer toutes les fonctions vitales. Forme et taille des cellules. La forme des cellules est extrèmement diversifiée. Certaines sont sphériques (ex: cellules adipeuses), d'autres sont discoïdes (ex: globules rouges) ou ramifiées (ex: cellules nerveuses). Cependant, la forme des cellules animales reste très variable. Les dimensions des cellules sont très variables: - les cellules végétales ont souvent de 10 à 50 µm. - les cellules animales sont un peu plus petites: de 5 à 20 µm. - les plus petites structures de type cellulaire se trouvent chez les bactéries. Certaines ne dépassent pas 0,5 µm. Elles ont souvent de 2 à 5 µm. Rem: 1 µm = 1 micromètre = .......... m (notation scientifique). Biologie (niveau A) Page 1. 7 Biologie (niveau A) Page 1. 8 Recherche et exercice: Comment appelle-t-on la branche de la biologie: * qui étudie les tissus ? ........................................ * qui étudie les cellules et leurs organites ?.............................. ou ........................................... Comment appelle-t-on la science descriptive qui étudie la structure interne, la forme et le rapport des organes entre eux ? ............................................ Classe dans un ordre logique les éléments ci-après: *1 = peau 2 = neurone 3 = tissu nerveux 4 = relation *1 = sang 2 = circulation 3 = globule blanc 4 = système cardio-vasculaire Le gamète masculin, ou spermatozoïde, est formé d'une tête, contenant le noyau de la cellule, et d'un long flagelle qui lui permet de se déplacer dans les voies génitales féminines. 5 = système nerveux 5 = coeur Produits par la moelle osseuse, les globules rouges, ou hématies, sont les cellules sanguines les plus nombreuses. Chargées d'hémoglobine, la protéine qui leur permet de fixer l'oxygène, les hématies ont une forme de roue pleine creusée en son centre. Comment appelle-t-on les cellules stockant les graisses ? ................................................................ Quel est l'autre nom du globule rouge ? ............................................................................................ Comment appelle-t-on la cellule reproductrice (ou gamète) masculine ? ......................................... Qu'est-ce qu'un protozoaire ? ............................................................................................................. Biologie (niveau A) Page 1. 9 Les amibes sont des protozoaires simples de taille variant entre 20 µm et 1 mm de longueur (mais le plus souvent entre 200 µm et 500 µm), vivant en eaux douces ou salées, capables de se déplacer par de multiples déformations . Les adipocytes sont les cellules spécialisées dans le stockage des graisses. Ils forment le tissu adipeux, qui représente de 15 à 20 p. 100 du poids d’un adulte et joue le rôle de réserve énergétique. 6. Anatomie du système respiratoire chez l'homme. Biologie (niveau A) Page 1. 10 1= 7= 2= 8= 3= 9= 4= 10 = 5= 11 = 6= Le système respiratoire comprend: - les voies respiratoires qui conduisent l'air aux poumons. - les poumons. 6.1. Description et rôle des voies respiratoires supérieures: 1= 2= 3= 4= 5= 6= 7= 8= 9= a) les fosses nasales: L'air y pénètre par 2 orifices: les ..................... . En les traversant, l'air s' ................................ au contact des capillaires sanguins; il s' ..................................... grâce au mucus et il se ................................ grâce aux poils et au mucus (qui contient une substance détruisant chimiquement les bactéries). Dans chacune des deux fosses, on trouve trois petites saillies osseuses horizontales: les cornets de l'olfaction. Ils accroissent la turbulence de l'air dans les fosses nasales. Leur présence augmente la surface de mucus exposée à l'air ===> peu de particules ( > 4 µm) pénètrent plus loin que les cavités nasales. C'est aussi au niveau du plafond de ces fosses que se trouvent localisés les récepteurs de l'olfaction (responsable de l'odorat). Biologie (niveau A) Page 1. 11 Les sinus sont des cavités remplies d'air réparties autour des fosses nasales et des orbites. b) le pharynx: Carrefour commun aux voies digestive et respiratoire. Lors de la déglutition (voir thème 4: « Sur la piste des aliments »): - la luette s'élève; elle ferme ainsi la communication avec les ...................................... - l'épiglotte ferme la voie ........................................ c) le larynx: Aussi appelé « Pomme d'Adam ». Le larynx renferme 2 replis membraneux: les cordes vocales. Celles-ci vibrent au passage de l'air qui remonte des poumons. Les sons émis varient en fonction de la tension des cordes, de leur écartement, ainsi que de la vitesse du passage de l'air. 6.2. Description et rôle des voies respiratoires inférieures: a) la trachée: Gros tube (de 12 à 15 cm de long) muni d'anneaux cartilagineux incomplets. En effet, à l'arrière il est accolé à l'oesophage (voie digestive), elle doit donc être molle et élastique pour permettre la dilatation de ce dernier lors du passage des aliments. A l'intérieur, la trachée est recouverte de cils vibratils englués de mucus et qui, tel un « tapis roulant », font remonter vers la bouche les poussières et particules captées. Ainsi, la purification de l'air se poursuit. Rem: le tabac empêche le mouvement des cils de la trachée et finit par les détruire. Quel réflexe doit donc avoir le fumeur afin d'empêcher l'accumulation de mucus dans les poumons ? .............................. b) les deux bronches: A son extrémité inférieure, la trachée se divise en deux: les bronches. Elles sont formées d'anneaux cartilagineux complets. c) les bronchioles: Chaque bronche, en pénétrant dans un poumon, se ramifie en une multitude de bronchioles. Chaque bronchiole se termine par un sac bosselé: la vésicule pulmonaire. Biologie (niveau A) Page 1. 12 d) les vésicules pulmonaires: Chaque vésicule pulmonaire est un ensemble de « bosses »: les alvéoles pulmonaires. Le réseau d'alvéoles pulmonaires: - présente une surface d'échanges très étendue entre le sang et l'air (environ 200 m²). - permet les échanges gazeux entre l'air et le sang grâce à une paroi alvéolaire fine, humide et bien vascularisée. 6.3. Les poumons. Ce sont des organes mous et spongieux. Ils reposent sur le diaphragme. Biologie (niveau A) Page 1. 13 Ils sont enveloppés d'une double membrane: la plèvre. L'un des deux feuillets de la plèvre adhère intimement au poumon (= la plèvre viscérale); l'autre colle à la cage thoracique et au diaphragme (= la plèvre pariétale). Entre les 2 plèvres existe un liquide: le liquide pleural. Rôle du liquide pleural: ...................................................................................................................... ............................................................................................................................................................. Le poumon droit est divisé en trois lobes, le poumon gauche en deux. À l'intérieur de chaque lobe, les bronches se ramifient en bronchioles. Celles-ci se terminent dans les alvéoles, petits sacs remplis d'air et irrigués par un réseau de capillaires sanguins. Les échanges gazeux se font à travers les minces parois de ces petits vaisseaux : l'oxygène de l'air inspiré passe dans le sang, tandis que le gaz carbonique contenu dans le sang veineux passe dans l'air alvéolaire pour être expiré. Le tissu qui constitue chaque poumon contient une multitude d'alvéoles remplies d'air et serrées les unes contre les autres. La paroi qui sépare deux alvéoles renferme des capillaires sanguins. Un poumon humain comporte environ 700 millions d'alvéoles. Biologie (niveau A) Page 1. 14 C'est dans les alvéoles, petits sacs terminant les voies respiratoires, appelés sacs pulmonaires ou vésicules pulmonaires, que se produisent les échanges gazeux. Ils sont tapissés d'une paroi très fine (jusqu'à 0,2 μm ; pour comparaison, le diamètre des globules rouges est de 7 μm) contenant les capillaires. La surface totale destinée aux échanges est d'environ la taille d'un terrain de volley. Ceci permet aux alvéoles d'assurer leur rôle, qui est de transmettre l'oxygène au sang et d'en extraire le dioxyde de carbone. 7. Les mouvements respiratoires. Les mouvements respiratoires ont pour effet de renouveler l'air présent dans les alvéoles pulmonaires: c'est la VENTILATION PULMONAIRE. Cette ventilation pulmonaire se fait en deux temps: - la pénétration de l'air dans les poumons ou inspiration. - le rejet de l'air ou expiration. Lorsque le mécanisme respiratoire s'effectue inconsciemment (= acte réflexe), on dit que la respiration est calme ou normale. Par contre, si vous cherchez à prendre une bonne bouffée d'air (ex: avant de plonger dans la piscine), l'acte est .................................. , on dit que la respiration est forcée. a) Variation du volume de la cage thoracique. Biologie (niveau A) Page 1. 15 Respiration normale. Inspiration Expiration Les muscles (scalènes et intercostaux) se ................................. ===> les côtes se ................................. et le sternum est projeté vers l' .......................... Les muscles se .............................. ===> les côtes s'................................ Le diaphragme se ....................................... ===> il s'aplatit et s'................................... Le diaphragme se ............................. ===> il reprend sa position initiale. Le volume de la cage thoracique ...................... Le volume de la cage thoracique ...................... (contraction de muscles), les poumons suivent (relâchement de muscles), les poumons suivent et de l'air y entre (air inspiré). et de l'air en sort (air expiré). Inspiration = phénomène ACTIF ! Expiration = phénomène PASSIF ! Remarques: 1° Chez la femme, le rôle des muscles costaux prédomine sur celui du diaphragme. Chez l'homme, c'est le rôle du diaphragme qui l'emporte. 2° Un mouvement respiratoire est une inspiration suivie d'une expiration. ==> * chez le nouveau-né: * à l'âge de 5 ans: * à l'âge de l'adolescence: * à l'âge adulte: 40 à 50 mouvements / minute. 25 mouvements / minute. 20 mouvements / minute. 16 à 18 mouvements / minute. En moyenne, un être humain (adulte) respire environ ............ fois par jour. Biologie (niveau A) Page 1. 16 3° C'est le système nerveux qui détermine : - l'amplitude des mouvements respiratoires, c'est-à-dire l'importance des variations de volume de la cage thoracique. - la fréquence respiratoire, c'est-à-dire le nombre de mouvements respiratoires par unité de temps. Respiration forcée. Inspiration forcée Expiration forcée Non seulement les muscles qui servent à l'inspiration normale se contractent davantage, mais d'autres muscles entrent en jeu. Ce sont les muscles qui s'insèrent à la base de la tête et sur les os des épaules ===> .................................................................... .............................................................................. Non seulement les muscles respiratoires se relâchent; mais, tandis que vous inclinez la tête et abaissez les épaules, vous contractez les muscles abdominaux. ===> l'expiration forcée est un phénomène ACTIF ! b) Capacité respiratoire. La capacité pulmonaire est le volume d'air pouvant être inspiré. Elle se mesure avec un spiromètre. La réalisation de test de spirométrie est relativement simple et apporte des informations très précises concernant les maladies respiratoires. Le patient, relaxé, est installé confortablement près de l'appareil, se met à l'aise pour respirer aisément et place le transducteur spiromètrique dans la bouche. Le patient effectue quelques cycles de respiration normale avant de commencer l'examen réel. Le patient doit ensuite inspirer profondément et lentement et enchainer par une expiration forcée et rapide, afin d'expulser l'air le plus possible des poumons. L'examen consiste en trois expirations forcées de ce type. Il est préférable que le patient ne mange pas « trop lourd » et ni ne fume les 5h précédant l'examen. A l'heure actuelle, il existe des spiromètres portables, économiques et de haute qualité pour une utilisation en première ligne. Il s’agit d’un appareil muni d'un embout en caoutchouc ou en carton dans lequel le patient devra souffler à fond. Il est destiné à mesurer directement les changements de volume des poumons. Les résultats s'affichent sur un spirogramme, une représentation graphique de l'état ventilatoire. Biologie (niveau A) Page 1. 17 En général, on mesure trois types de respiration : • la respiration « normale », calme, qui donne le volume utilisé au repos d'environ 0.5 litre. • la respiration forcée, qui donne la capacité maximale (capacité vitale) environ 3,5 litres ; • une expiration brutale, qui donne des renseignements sur les bronchioles, notamment dans le cadre d'une recherche d'asthme. On peut aussi estimer la capacité respiratoire par des tests d'athlétisme. Même lorsque l'on expire complètement, il reste de l'air dans les poumons (volume résiduel) environ 1,5 litres. Avec la spirométrie simple on obtient : Volume Abréviation Définition Volume mobilisé à chaque cycle respiratoire pendant une respiration Volume courant VC normale. Valeur : 0,5 l d'air (500 ml) Volume de Volume maximum pouvant être inspiré en plus du VC à l'occasion réserve VRI d'une inspiration profonde. Valeurs moyennes : chez l'homme, 3,1 l inspiratoire et chez la femme, 2 l Volume de Volume maximum pouvant être rejeté en plus du volume courant à réserve VRE l'occasion d'une expiration profonde. Valeur moyenne : 1,2 l expiratoire Volume d'air se trouvant dans les poumons à la fin d'expiration forcée. Autrement dit qu'il est impossible d'expirer. Il est impossible Volume résiduel VR de mesurer ce volume avec des tests de spirométrie. Pour mesurer le VR, des tests plus sophistiqués sont nécessaires. Il est ainsi possible de déterminer: Capacité Capacité vitale Capacité inspiratoire Capacité résiduelle fonctionnelle Capacité pulmonaire totale Abréviation CV CI CRF CPT Définition VRI + VC + VRE VC + VRI VRE + VR CV + VR En résumé (exemple de spirogramme): Biologie (niveau A) Page 1. 18 Chacun de nous possède sa capacité vitale individuelle qui dépend du dévelopement de la cage thoracique et de la force des muscles respiratoires. Un adulte vigoureux, sportif et bien entraîné peut augmenter sa capacité vitale jusqu'à 6 et 7 litres. c) Respiration artificielle. La respiration artificielle est une technique thérapeutique consistant à assister ou à remplacer une ventilation pulmonaire insuffisante, en provoquant artificiellement l’entrée rythmique de l’air dans les poumons, selon une méthode manuelle ou instrumentale, afin de rétablir la fonction de respiration de l’organisme. Elle est mise en œuvre en cas d’arrêt de la ventilation naturelle : poliomyélite, arrêt cardiaque, intoxication par un médicament ou par une substance quelconque (morphine, barbiturique, alcool, etc.), inhalation d’un gaz toxique, obstruction des voies aériennes par un corps étranger (fausse route alimentaire, par exemple), électrocution, noyade. Si le cerveau est privé d’oxygène pendant cinq minutes, il peut être irrémédiablement lésé, et une défaillance légèrement plus longue entraîne généralement la mort. La noyade dans de l’eau très froide fait exception, car la demande de l’organisme en oxygène est fortement réduite par le froid ; des personnes ont survécu après avoir été immergées pendant une demi-heure dans de l’eau froide. 8. Maladies et troubles du système respiratoire. Recherche le nom de la maladie ou du trouble respiratoire en choisissant parmi les termes ci-après: Angine – Asphyxie – Asthme – Bronchite – Laryngite – Pleurésie - Pneumonie – Rhume - Silicose Epanchement aigu ou chronique de liquide dans la cavité de la plèvre (membrane qui entoure le poumon), résultant souvent d’une inflammation d’origine infectieuse. Biologie (niveau A) Page 1. 19 Inflammation aiguë ou chronique des bronches et des bronchioles (les plus petites ramifications des bronches). Infection d’une partie d’un poumon. Inflammation aiguë ou chronique de la muqueuse qui tapisse le larynx, en particulier les cordes vocales. Maladie infectieuse d’origine virale ou bactérienne se traduisant par une inflammation aiguë de la muqueuse qui tapisse la partie moyenne du pharynx située derrière la bouche. Maladie chronique des poumons, provoquée par l'inhalation prolongée de poussière de silice. Elle touche les personnes travaillant dans les mines, les carrières, les ateliers de broyage de métal et autres industries similaires. Détresse respiratoire conduisant à l'inconscience ou à la mort par un manque d'oxygénation du sang dans les poumons. Infection aiguë des voies respiratoires supérieures, généralement provoquée par un virus. Maladie respiratoire au cours de laquelle le spasme et la constriction des bronches ainsi qu'un gonflement de leur muqueuse provoquent une obstruction des voies respiratoires, souvent due à une allergie, en particulier à la poussière, aux fourrures et plumes animales, aux moisissures et aux pollens. 9. Anatomie du système circulatoire chez l'homme. Biologie (niveau A) Page 1. 20 Le système circulatoire comprend: - un ensemble de vaisseaux sanguins dans lesquels le sang circule. - une pompe, le coeur, assurant cette circulation. 9.1. Le coeur: a) Description: Le coeur est un muscle creux (= le myocarde). Il est formé de deux parties indépendantes (la gauche et la droite) qui ne communiquent pas entre elles. Chacune de ces deux parties comprend deux cavités, une oreillette et un ventricule, qui communiquent entre elles. Il est situé dans la cage thoracique entre les deux poumons. Il est entouré d'une membrane résistante et souple formée de 2 feuillets séparés par une petite quantité de liquide: le péricarde. 1 = ....................................................................... 2 = ....................................................................... 3 = ....................................................................... 4 = ....................................................................... 5 = ....................................................................... 6 = ...................................................................... 7 = ....................................................................... 8 = ....................................................................... 9 = ....................................................................... 10 = ..................................................................... 11 = ..................................................................... 12 = ..................................................................... 13 = ..................................................................... Deux artères coronaires assurent l'irrigation du myocarde. Biologie (niveau A) Page 1. 21 b) Révolution cardiaque: Dans chaque contraction du coeur, 3 phases se succèdent régulièrement. Ces 3 phases constituent la révolution cardiaque: 1° Contraction des oreillettes (0,1 s) = systole auriculaire ===> le sang est chassé dans les ....................................... 2° Contraction des ventricules (0,3 s) = systole ventriculaire ===> le sang est chassé dans les ....................................... 3° Dilatation des cavités – repos général (0,4 s) = diastole ===> le sang pénètre dans les ........................................... Rythme cardiaque: = fréquence des battements par minute. 70 battements /min chez l'adulte (Rem: chez l'enfant, il peut atteindre 130 à la naissance). Bruits du coeur: L'auscultation cardiaque est la technique permettant l'écoute du coeur par l'intermédiaire d'un ................................. Biologie (niveau A) 1. Premier bruit: tonalité grave (= contraction des ventricules). Le bruit est dû à la fermeture des valvules mitrales et tricuspides. 2. Petit silence. 3. Deuxième bruit: tonalité plus aigüe, brève. Le bruit est dû à la fermeture des valvules sigmoïdes. 4. Grand silence (= diastole générale). Page 1. 22 L'électrocardiographie ( = ECG ): = enregistrement des phénomènes électriques ayant leur siège au niveau du coeur. Ces phénomènes peuvent être enregistrés en plaçant des électrodes sur le bras et la jambe. Le courant électrique est de l'ordre du millivolt. Ces courants électriques sont les responsables de l'activité musculaire cardiaque. 9.2. Les vaisseaux sanguins: Parmi les vaisseaux du système circulatoire, on distingue: a) Les artères: * Vaisseaux conduisant le sang du coeur vers les organes. * Leurs parois sont épaisses et élastiques. Biologie (niveau A) Page 1. 23 * Elles régularisent le flot sanguin (elles se dilatent sous la pression sanguine puis se contractent). Chassé par les pulsations du coeur, le sang circulant dans les artères se trouve sous une forte pression il circule rapidement ! (ex: vitesse du sang dans l'aorte = 50 cm/s). Le sang est refoulé sous pression dans les artères. La valeur de cette pression (= tension artérielle) se mesure à l'aide d'un manomètre appelé tensiométre ou sphygmomanomètre .L'appareil indique 2 valeurs: 1. la plus élevée correspond à la pression du sang lors d'une systole ventriculaire. Chez un adulte en bonne santé, cette pression sanguine oscille entre 12 et 14 cm de mercure (cm Hg). 2. la plus faible correspond à une diastole. Cette pression oscille normalement entre 7 et 8 cm Hg. Si cette tension est élevée en permanence, il s'agit d'une hypertension artérielle. Si cette tension est trop basse, on parle d'hypotension. Rem: Lorsque le médecin parle d'une tension de « douze/huit », cela signifie une pression systolique de 12 cmHg et une pression diastolique de 8 cmHg. Sphygmomanomètre classique et stéthoscope. Le cm Hg est une ancienne unité de pression. Ainsi, 1013 hPa = 76 cmHg. Que vaut donc 1 cmHg ?.............................. Pa Tensiométre électronique. • Les artères se ramifient en artérioles et celles-ci en capillaires. • b) Les capillaires: * Vaisseaux très fins (10 à 30 µm de diamètre, 4 ou 5 µm pour les plus fins). Biologie (niveau A) Page 1. 24 * La paroi des capillaires est très mince (une seule couche de cellules). * Ils forment, à l'intérieur des organes, un réseau de plusieurs milliers de km. * Les vaisseaux capillaires assurent la jonction entre les artérioles et les veinules. * Le sang y circule à très faible vitesse (1 mm/s). c) Les veines: * Vaisseaux, formés par la réunion de veinules, qui reconduisent le sang des organes vers le coeur. * La paroi des veines est mince, molle, munie de valvules qui empêchent le retour du sang vers les capillaires. Biologie (niveau A) Page 1. 25 * Elles sont flasques et s'écrasent quand elles sont sectionnées. * Le sang ayant perdu, au passage dans les capillaires, presque toute la pression que lui avait communiquée le coeur, il coule dans les veines sous très faible pression et donc très lentement. 9.3 la circulation sanguine: Biologie (niveau A) Page 1. 26 Suite à la contraction des ventricules, le sang quitte: - le ventricule gauche par ........................................... ; celle-ci distribue le sang dans tout le corps. - le ventricule droit par ............................................... ; celle-ci véhicule le sang jusqu'aux poumons. Arrivé dans les différents organes, le sang y circule à travers les capillaires. Après échanges entraînant une modification de sa composition, le sang retourne au coeur: - par les veines caves (pour l'ensemble du corps) dans l'oreillette ................... . - par les veines pulmonaires (pour les poumons) dans l'oreillette .................... . Suite à la contraction des oreillettes, le sang est propulsé dans les ........................................... Le sens de la circulation du sang est déterminé par la présence de .................................. situées: - entre les oreillettes et les ventricules. - entre les ventricules et la base des artères aorte et pulmonaire. - dans les veines des membres inférieurs. 9.4. Les maladies ou affections du système circulatoire: a) les accidents cardiaques. On dit d'une personne qu'elle a une crise cardiaque lorsqu'un malaise ou maladie cardiaque se manifeste brutalement. Voici 3 exemples de maladie pouvant survenir: L'infarctus: Les artères qui nourrissent le coeur (= artères coronaires) se rompent ou se bouchent le coeur ne reçoit plus assez d'oxygène il s'abîme et ne peut plus se contracter. L'angine de poitrine: Les artères coronaires se bouchent partiellement le coeur ne reçoit plus suffisamment d'oxygène pour son fonctionnement normal douleurs dans la poitrine . Le souffle au coeur: Les valvules entre l'oreillette et le ventricule ne se ferment plus de façon étanche le sang reflue (bruit à l'auscultation). Biologie (niveau A) Page 1. 27 b) Les maladies vasculaires: La thrombose: Formation d'un caillot dans un vaisseau sanguin. Rem: le caillot peut se déplacer et provoquer une embolie. On utilise des anticoagulants (Héparine). Le tabac augmente de 5 x les risques de thrombose, l'alcool également. L'embolie: Obstruction d'un vaisseau sanguin souvent par un caillot (embolie pulmonaire, embolie cérébrale) ou des bulles de gaz (ex: N2 lors d'une brusque décompression en plongée). La varice: Dilatation permanente d'une veine (particulièrement aux jambes). La station debout, immobile, prédispose aux varices et augmente celles qui existent. La phlébite: Inflammation d'une veine, affectant généralement les membres inférieurs et pouvant provoquer la formation d'un caillot (...et donc une embolie). L'anévrisme: Dilatation locale de la paroi d'une artère qui a perdu son élasticité; elle devient fragile risque de rupture mort ! L'artériosclérose: Durcissement des parois des artères avec l'âge. L'athérosclérose: Diminution du diamètre des artères due à des dépôts graisseux (ex: cholestérol). Biologie (niveau A) Page 1. 28 c) Causes des maladies cardio-vasculaires: Facteurs qui ne dépendent pas de vous: - l'âge (le risque augmente avec l'âge). - le sexe (le risque est plus important chez l'homme). - l'hérédité. Facteurs dont vous êtes responsables: - l'excès de cholestérol dans le sang. - la consommation de tabac. - l'hypertension artérielle. - le diabète. - l'obésité. - le manque d'exercices physiques. - le stress. 9.5. Recherche ! 1° Comment appelle-t-on cette radiographie des vaisseaux sanguins qui consiste à injecter une substance dans le sang qui les rend visibles aux rayons X ? 2° Qui est-ce ? a) En 1550, il met au point la ligature des artères. Chirurgien du roi Henri II, il est le père de la chirurgie moderne. b) En 1661, il découvre les capillaires sanguins. Ce médecin italien est le pionnier de l'observation anatomique au microscope. c) En 1628, ce médecin anglais est le 1er à décrire la circulation sanguine dans un ouvrage intitulé "EXERCITATIO ANATOMICA DE MOTU CORDIS ET SANGUINIS IN ANIMALIBUS" . 3° A combien estime-t-on le nombre de personnes souffrant d'hypertension en Belgique ? A combien estime-t-on le nombre de décès dû à l'hypertension en Belgique ? Quelles sont les conséquences de l'hypertension ? Quelles sont les causes de l'hypertension artérielle ? - - - - - - Biologie (niveau A) Page 1. 29 4° Bon ou mauvais pour le système circulatoire ? Bon 1 Abus d'alcool. 2 Abus de tabac. 3 Préférer l'escalier à l'ascenseur. 4 Manger des légumes et des fruits frais. 5 Saler abondamment les aliments. 6 Jouer, marcher, ou courir après une journée de classe ou d'étude. 7 Se trouver en état de stress permanent. 8 Manger un oeuf tous les jours. 9 Préférer le vélo à la voiture lorsque celle-ci n'est pas indispensable. Mauvais 10 Manger régulièrement du poisson (2 fois par semaine). 11 Manger trop gras. 12 Porter des vêtements trop serrants (ceintures, jeans étroits...). 13 Remplacer le sel par des épices ou des herbes aromatiques. 14 Manger des chips ou des cacahuètes en regardant la télévision. 10. Le sang. Le sang est le liquide nourricier de l'organisme. Il circule dans les artères, les veines et les capillaires. Le corps d'un adulte en contient 5 à 6 Litres. 10.1. Composition: Le sang est un mélange homogène constitué de cellules (globules rouges et blancs) et de fragments cellulaires (les plaquettes sanguines) dans un liquide, le plasma. Biologie (niveau A) Page 1. 30 Prélevons quelques mL de sang et mélangeons-le – dans une éprouvette – avec un anticoagulant. Ensuite, on le centrifuge. ⇨Normalement, le volume d'un échantillon de sang est composé d'environ: - 45% de globules rouges (= taux d'hématocrite). moins de 1% de globules blancs et plaquettes. 55% de plasma. 10.2. Les globules rouges: Autre appellation: hématie ou érythrocyte. Forme: disque aminci au centre. Ils sont facilement déformables afin de pouvoir se frayer un passage à travers les capillaires. Dimensions: Diamètre = 8µm Epaisseur = 2,5 µm (1 µm au centre) Biologie (niveau A) Page 1. 31 Nombre: environ 5 millions /mm³ de sang. Constitution: - cellules dépourvues de noyau. - le cytoplasme contient un pigment « rouge » riche en fer: l'hémoglobine. Chaque globule rouge contient 300 millions de molécules d'hémoglobine. Origine: Ils sont produits au niveau de la moëlle rouge de certains os (sternum, os du bassin, fémur). Notre corps produit chaque seconde environ 2 400 000 globules rouges (soit environ 200 milliards de globules rouges par jour) pour remplacer ceux qui se brisent ou sont détruits dans les mêmes proportions. Moëlle rouge Après 3 à 4 mois de vie, les globules rouges sont détruits par le foie et la rate. Rôle: - Transporter le dioxygène des poumons vers les tissus (grâce à l'hémoglobine). - Ramener une partie du gaz carbonique dans les poumons (grâce à l'hémoglobine). 11. But de la respiration. 11.1. Comparons l'air inspiré et l'air expiré: 1° L'eau de chaux est un indicateur de dioxyde de carbone: lorsqu'elle se trouble, il y a présence de dioxyde de carbone (aussi appelé gaz carbonique, formule chimique: CO2). Dans le récipient A, l'eau de chaux .................................. Dans le récipient B, l'eau de chaux .................................. Que peux tu conclure ? L'air que nous ................... contient plus de dioxyde de carbone que l'air que nous .......................... Biologie (niveau A) Page 1. 32 2° Le montage ci-contre permet d'effectuer des mesures de consommation de dioxygène. Remarques: * KOH est un « piège » (=capteur) de dioxyde de carbone. * Le silicagel absorbe la vapeur d'eau. Après un certain temps, on observe: - une dépression dans le manomètre. - des signes d'asphyxie de l'animal. Comment expliques-tu cette dépression dans le manomètre ? . La dépression observée ne peut être expliquée que par ............................................................. .................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................... On constate également que les signes d'asphyxie sont éliminés dès que du dioxygène pur est injecté. Que peux-tu conclure ? Les animaux ................................................................................. 3° Un chimiste français, LAVOISIER (1743-1794) a étudié avec beaucoup de soin la fonction de respiration. D'abord, il s'attacha à mesurer la quantité de dioxyde de carbone produite par un cochon d'Inde au repos. Ensuite, il mesura la quantité de chaleur dégagée et la quantité de dioxygène absorbé. Constatation: pour un temps égal, la quantité de dioxygène absorbé est très proche de la quantité de dioxyde de carbone dégagé. Cette similitude de résultat le frappa et l'amena à lier absorption de dioxygène et dégagement de dioxyde de carbone dans une seule réaction chimique. La composition de 100 cm³ d'air est différente selon qu'il s'agit d'un air naturel (celui qu'on inspire) ou de l'air expiré: l'homme opère donc constamment des échanges gazeux avec l'atmosphère de son milieu de vie. Une salubrité de l'air est donc indispensable ! Pour 100 cm³ d'air Azote Dioxygène Gaz carbonique Vapeur d'eau Air inspiré Air expiré Biologie (niveau A) Page 1. 33 11.2. Une production d'énergie se manifeste au moment de la respiration. Lavoisier entreprit l'étude de la respiration humaine avec son assistant Armand Séguin qui s'offrit volontairement comme sujet d'expérience. Lavoisier et Séguin dans leur laboratoire. On fabriqua un masque, ajusté au visage de Séguin, qui permettait de lui fournir de l'oxygène et de récupérer l'air expiré. C'est ainsi que fut mise en évidence l'observation suivante: « Si on refroidissait la pièce, Séguin consommait plus d'oxygène que si la pièce était chauffée ». Pour lui faire effectuer un travail, on installa un pédalier sous la table ou encore Lavoisier lui fit soulever une masse de 15 livres ( + 7 kg) pendant 15 minutes. Observation: « Au travail, Séguin consommait près de trois fois plus d'oxygène qu'au repos... » Aujourd'hui, on peut refaire certaines de ces expériences. Voici quelques résultats montrant la consommation d'oxygène en mL par minute chez un homme adulte de 65 kg: Que peux-tu donc conclure ? ............................................................................................................... .............................................................................................................................................................. 11.3. Diminution de la masse. Rappelle-toi les observations faites sur les pigeons de concours (voir page 1.4). Qu'avions nous mis en évidence ? ....................................................................................................... .............................................................................................................................................................. Biologie (niveau A) Page 1. 34 Remarque: Bien que très peu visible au moment même de la respiration, la perte de masse est un des éléments caractéristiques de toute respiration. Elle n'est nettement mesurable que lorsqu'on arrête toute alimentation: tout effort à ce moment engendre un amaigrissement. 11.4. Modèle scientifique de la respiration. Pour élaborer ce modèle, nous devons tenir compte des observations ci-après: - émission de ......................................................... - absorption d' ........................................................ - production d'......................................................... - consommation de ................................................. - l'air expiré est saturé en ....................................... Nous pouvons résumer les renseignements recueillis dans un modèle explicatif condensé: ALIMENTATION + ▬▬▬▬► Production d'énergie + Emission de CO2 et H2O Prise d'O2 Analogie: En comparant la combustion d'une substance organique et la respiration, les chimistes ont été frappés par certaines analogies. Dans les 2 cas: - l'oxygène est nécessaire. - il y a production de gaz carbonique et libération d'énergie. - un carburant (le combustible) est indispensable. - de la chaleur est dégagée. Quel est donc ce combustible ? On a constaté que la quantité de chaleur dégagée par un animal qui respire (pour une perte de masse déterminée) est égale à la quantité de chaleur dégagée par la combustion d'une masse identique de glucose (formule chimique: C6H12O6 ). Or le glucose est une substance que l'on détecte systématiquement dans tous les organismes, si bien qu'ont été réunies sous la même formulation: RESPIRATION et COMBUSTION du GLUCOSE dans le modèle réactionnel: C6H12O6 Biologie (niveau A) + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + 2830 kJ Page 1. 35 Fécondité du modèle: On utilise la technique du repérage des molécules par un marquage à l'aide d'éléments radioactifs (ici le carbone 14). Grâce à cette technique, il est en effet possible de « suivre » les molécules dans leurs réactions et d'établir des liens certains entre réactifs et produits de la réaction. En effet, les éléments « marqués » produisent un rayonnement radioactif décelable par impression d'une plaque photographique et mesurable à l'aide d'un compteur approprié. Voici schématisées les étapes d'une expérience: ===► L'élément C présent dans la molécule de gaz carbonique CO2 provient du ................................................................... Donc, notre modèle scientifique de la respiration animale a été confirmé par une autre expérience. On dit que notre modèle est fécond. Biologie (niveau A) Page 1. 36 11.5 Où s'effectue la réaction chimique de la respiration ? Ce que pensait Lavoisier: Il situe la respiration au niveau des poumons (comme nous sommes encore parfois tentés de la situer nous-mêmes...). Or, nos muscles (par exemple) jouent un rôle capitale dans la production d'une énergie physique utile ! ===> N'est-ce pas plutôt à ce niveau que l'énergie indispensable est produite ? Expériences: 1° On prélève des morceaux d'organes (rein, foie, etc...) sur un animal peu après sa mort. On réalise un montage comme l'indique la figure ci-après. Que constates-tu? - une ................................. apparaît dans la branche manométrique gauche. ===> .......................................................... .................................................................... - l'eau de chaux placée dans le récipient .......... ......................... ===> ........................................................... ..................................................................... - si des précautions particulières d'isolation sont prises, on peut mesurer une légère élévation de température. Que peux-tu conclure ? Il y a ............................... d'un gaz (qui pourrait bien être ................................................) et production de .............. Ceci, ajouté à la légère élévation de température, constituent tous les indices d'une .......................................... 2° Le bleu de méthylène est un indicateur de la présence de dioxygène dans un milieu aqueux: - une solution très diluée décolorée (par l'hydrosulfite de sodium Na2S2O4) est recolorée en présence de dioxygène. - une solution légèrement colorée se décolore en l'absence de dioxygène. Quelques morceaux d'organes frais sont placés dans un milieu correspondant au liquide physiologique (eau salée à 6 %) légèrement coloré par le bleu de méthylène. Une couche d'huile empêche tout contact avec l'air. Biologie (niveau A) Page 1. 37 Après 1 heure, on constate une décoloration du bleu de méthylène dans les tubes à essais contenant des tissus bien vivants. Par contre, le témoin conserve sa coloration bleue initiale. Que peux-tu conclure de ces observations ? ............................................................................. ................................................................................................................................................... Conclusion: La respiration se situe au niveau des organes vivants. Exemples: Le tableau ci-dessous nous permet d'affirmer que: - chez un homme au repos, 1,5 kg de foie consomme plus d'oxygène que 28 kg de muscles. Rem: en activité, la consommation d'oxygène des muscles augmente considérablement. - le cerveau consomme 20% de l'oxygène fourni à l'organisme, alors qu'il ne représente que le 1/50 de la masse du corps. Rem: le cerveau consomme toujours plus ou moins la même quantité d'oxygène. Il semble donc que le cerveau travaille toujours au maximum de ses capacités. Exercices: 1° Quel est l'organe qui consomme le plus d'oxygène de manière relative (= rapporté en litres /kg) ? 2° Quelle est la consommation en oxygène d'un footballeur de 70 kg, au cours d'un match de 2 x 45 minutes en sachant que l'effort moyen fourni correspond à la moitié de l'effort maximum fourni ? Biologie (niveau A) Page 1. 38 12. Comment les organes sont-ils approvisionnés en dioxygène et en nourriture ? C'est le sang qui joue ce rôle capital: - il se charge en dioxygène au niveau des capillaires qui entourent chacun des 23 000 000 d'alvéoles pulmonaires que renferment nos poumons. La fixation du dioxygène dans le sang se fait grâce aux globules rouges qui contiennent en abondance une protéine particulière capable de fixer ce dioxygène sur sa molécule: l'hémoglobine. - il se charge en nutriments au niveau du mésentère intestinal ou au niveau du foie. Ces nutriments sont transportés dans le plasma sanguin. Chez l'homme, on peut distinguer 3 étapes fondamentales de la respiration: Grâce à l'hémoglobine, les globules rouges transportent vers toutes les cellules du corps la presque totalité du dioxygène véhiculé par le sang; le plasma n'en véhicule que très peu (30 mL seulement, soit de quoi vivre ... 4,5 s). Schéma des échanges respiratoires « poumons – sang – tissus » : B A C D Biologie (niveau A) Page 1. 39 A Au niveau des poumons, des molécules de dioxygène pénètrent par diffusion dans le sang. Elles se fixent immédiatement sur des molécules d'hémoglobine pour former des molécules d'oxyhémoglobine. L'oxyhémoglobine donne au sang sa couleur rouge vif. Hémoglobine + Dioxygène → Oxyhémoglobine (sang rouge vif) B Au niveau des cellules, les molécules d'oxyhémoglobine libèrent les molécules de dioxygène qui diffusent dans les cellules. Le sang prend une couleur rouge foncé. Oxyhémoglobine → Hémoglobine + Dioxygène (sang rouge foncé) C Au niveau des cellules, des molécules de dioxyde de carbone pénètrent, par diffusion, dans le sang. Le dioxyde de carbone est transporté de 3 façons: - dissous dans le plasma (7 à 10% du dioxyde de carbone transporté). - combiné à certaines molécules du plasma (60 à 70% du dioxyde de carbone transporté). - combiné à des molécules d'hémoglobine pour former des molécules de carbhémoglobine (20 à 30% du dioxyde de carbone transporté). Hémoglobine + Dioxyde de carbone → Carbhémoglobine D Biologie (niveau A) Page 1. 40 D Au niveau des poumons, les molécules du sang combinées au dioxyde de carbone se dissocient: - les molécules du plasma libèrent leur dioxyde de carbone. -les molécules de carbhémoglobine libèrent également leur dioxyde de carbone. Carbhémoglobine → Hémoglobine + Dioxyde de carbone Comment expliquer ces échanges gazeux ? Au niveau pulmonaire Après passage dans les poumons, l'air expiré n'a pas la même composition que l'air inspiré. L'air expiré est: - davantage chargé en ............... (environ 4,5% contre 0,03% dans l'air inspiré). - appauvri en ................ (environ 15% contre 21% dans l'air inspiré). - davantage chargé en vapeur d'eau. Ces différences sont la conséquence d'échanges gazeux qui s'effectuent au niveau des alvéoles pulmonaires. Les milieux en présence sont: - le sang des capillaires, chargé de dioxyde de carbone et appauvri en dioxygène. - l'air alvéolaire, renfermant du dioxygène en forte concentration et du dioxyde de carbone à faible concentration. Entre ces deux milieux, deux parois minces, humides et perméables: celle des alvéoles et celle des capillaires. Principe de la diffusion d'un gaz: Analogie: Biologie (niveau A) Page 1. 41 Si ces élèves sont remplacés par les molécules d'un gaz, on pourra conclure que le gaz se diffuse toujours d'un milieu plus concentré vers un milieu moins concentré. ==> La diffusion est la dispersion d'une substance causée par l'agitation moléculaire: les molécules de cette substance tendent à se répartir uniformément dans tout l'espace disponible. Ce phénomène a lieu chaque fois qu'il existe une différence de concentration d'une substance considérée entre deux zones: la migration de molécules s'effectue toujours d'une zone à forte concentration vers une zone à concentration plus faible. Si ces deux zones sont séparées par une membrane perméable à certaines molécules, la diffusion de ces molécules est également possible. La diffusion entre les deux milieux (air alvéolaire et sang des capillaires) s'effectue car les deux conditions suivantes sont remplies: 1. Une différence de concentration entre les deux milieux en dioxygène et dioxyde de carbone. Rem: La pression d'O2 dans les alvéoles atteint 141 mbar. Dans les capillaires elle est de 53 mbar. La pression de CO2 dans les alvéoles est de 53 mbar. Dans le sang, elle est de 61 mbar. 2. Deux membranes perméables au dioxygène et au dioxyde de carbone. De plus, la diffusion est favorisée par: - une surface de contact importante (environ 200 m² de surface alvéolaire). - un temps de contact suffisant (la vitesse du sang dans les capillaires est très faible). Le dioxygène diffuse du milieu dans lequel il est le plus concentré vers le milieu dans lequel il est en faible concentration: il passe de l'air alvéolaire vers le sang des capillaires. Le dioxyde de carbone diffuse du milieu dans lequel il est en forte concentration vers le milieu dans lequel il est en faible concentration: il quitte le sang des capillaires et passe dans l'air alvéolaire pour être ensuite rejeté lors de l'expiration. Biologie (niveau A) Page 1. 42 Au niveau cellulaire Les mileux en présence sont: - le sang des capillaires, chargé de dioxygène et pauvre en dioxyde de carbone. - les cellules renfermant du dioxyde de carbone en forte concentration et du dioxygène en faible concentration. Entre ces deux milieux: la membrane plasmique des cellules et la paroi des capillaires, toutes deux perméables. Le dioxygène diffuse du milieu dans lequel il est fortement concentré vers le milieu dans lequel il est en faible concentration: il passe du sang des capillaires vers le cytoplasme des cellules. Le dioxyde de carbone diffuse du milieu dans lequel il est en forte concentration vers le milieu dans lequel il est en faible concentration: il quitte le cytoplasme des cellules et passe dans le sang des capillaires qui le ramène aux poumons. 13. Relations entre la respiration et les autres fonctions. Le système circulatoire pénètre dans les poumons et s'y ramifie. Le sang - pauvre en dioxygène, mais riche en dioxyde de carbone - venant du ventricule droit, pénètre dans chacun des deux poumons par une artère pulmonaire. Dans chaque poumon, la bronche et l'artère pulmonaire se ramifient parallèlement pour donner naissance à un réseau d'alvéoles entouré de capillaires. C'est à ce niveau que s'établissent les échanges entre l'air alvéolaire et le sang des capillaires. En effet, les vaisseaux capillaires sont les seuls vaisseaux à permettre ces échanges: leurs parois très fines se laissent traverser par les gaz et, leur très faible diamètre, en ralentissant le passage du sang, facilite les échanges. Les vaisseaux capillaires se rejoignent pour former des veinules, qui à leur tour se regroupent en quatre gros vaisseaux: les veines pulmonaires. Les veines pulmonaires relient les poumons au coeur: elles ramènent le sang – riche en dioxygène et appauvri en dioxyde de carbone – vers le coeur, et plus précisément dans l'oreillette gauche. Respirer, c'est transformer l'énergie chimique contenue dans les nutriments. Chaque cellule respire : elle transforme l'énergie contenue dans les nutriments en d'autres formes d'énergie (mécanique, thermique…) et ce, grâce au dioxygène. Ces transformations s'accompagnent d'une production de déchets (dioxyde de carbone, eau…). Le nutriment le plus utilisé est un sucre, le glucose. Biologie (niveau A) Page 1. 43 Le rôle du sang est d'assurer le transport du dioxygène (venant du système respiratoire) et des nutriments (venant du système digestif) vers les cellules et de reprendre les déchets pour les rejeter, notamment, via le système respiratoire. Le rôle du système respiratoire est de constituer une porte d'entrée pour le dioxygène et de sortie pour le dioxyde de carbone et la vapeur d'eau. Biologie (niveau A) Page 1. 44 14. L'homme en altitude. Nous savons que l'air se raréfie en altitude. L'air étant un mélange, cela signifie que le nombre de molécules de chacun de ses constituants diminue : la quantité de dioxygène qui diffuse des poumons vers le sang est donc réduite. En altitude, chaque individu subit une "crise" liée au manque de dioxygène, le mal des montagnes. Celui-ci débute déjà à une altitude d'environ 1000 m et devient sévère dès 3000 m. Cette crise se manifeste notamment par : - une hyperventilation c'est-à-dire une ventilation plus rapide et profonde due à l'augmentation de la fréquence et de l'amplitude des mouvements respiratoires (le volume d'air inspiré par minute augmente). - des réactions circulatoires : la fréquence cardiaque augmente (le coeur bat plus vite : il y a plus de sang transporté par minute dans le corps). - des troubles du comportement (euphorie, troubles intellectuels, malaises…). Après quelques jours, le corps s'adapte : - la ventilation pulmonaire se régularise. - la fréquence cardiaque diminue progressivement. - le nombre de globules rouges dans le sang augmente. Dans les populations de hautes montagnes (Tibet, Andes…), le nombre de globules rouges par mm³ de sang peut atteindre 8.000.000. C'est une hormone d'origine rénale, l'érythropoïétine ou E.P.O. qui permet cette adaptation : elle stimule la production de globules rouges au niveau de la moelle rouge des os. Hormone = ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ Mode d'action: Biologie (niveau A) Page 1. 45 L'hormone, déversée dans le sang, est véhiculée dans tous les tissus; mais seules les cellules qui sont munies d'un récepteur sensible à cette hormone peuvent capter le message, l'interpréter et l'exécuter; toutes les autres cellules non-réceptives y resteront indiférentes. Lors d'un retour à une altitude proche du niveau de la mer, les différentes adaptations vont disparaître progressivement (plusieurs semaines à plusieurs mois). Bénéfice de l'altitude: Toute activité physique est liée à la production d'énergie par les cellules. Cette production est dépendante de la quantité de dioxygène disponible. Si le nombre de globules rouges augmente, la quantité de dioxygène transporté par le sang vers les cellules augmente également : l'énergie produite est plus importante. C'est ce bénéfice que recherchent les sportifs lors de stages prolongés en altitude. 15. Hygiène des systèmes respiratoire et circulatoire. a) Drogues chez les sportifs: La prise d'E.P.O. rentre dans le cadre général du dopage. Pouvant être fabriquée en laboratoire, cette hormone permet d'augmenter sensiblement les performances dans les sports d'endurance: elle augmente l'oxygénation musculaire par élévation du nombre de globules rouges du sang. De plus, cette substance remporte un large succès auprès des sportifs car elle est très efficace et difficile à détecter (coût très élevé et plusieurs jours d'analyse). Seules des analyses sanguines permettent d'identifier indirectement la présence d'E.P.O. : en cyclisme, si l'hématocrite dépasse 50 %, le sportif est déclaré inapte au travail. La prise d'E.P.O. est dangereuse. Pourquoi ? * ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... * ..................................................................................................................................... b) Inhalation de substances toxiques: Le tabac Les problèmes posés par le tabac sur la santé sont provoqués par l'inhalation des fumées provenant de la combustion du tabac. Biologie (niveau A) Page 1. 46 La fumée de tabac est un mélange de substances dont quelques-unes sont extrêmement dangereuses pour la santé, notamment, les goudrons, la nicotine et le monoxyde de carbone. - les goudrons sont responsables de la fréquence des cancers non seulement des voies respiratoires et des poumons mais aussi de la langue, des lèvres … - la nicotine est une substance très toxique, une drogue qui crée chez le fumeur une dépendance. - le monoxyde de carbone, en se fixant de manière irréversible sur l'hémoglobine, diminue la quantité de dioxygène transporté par le sang et donc l'oxygénation des cellules. Comparaison entre les poumons d'un non-fumeur et les poumons d'un fumeur: Biologie (niveau A) Page 1. 47 En plus de la dépendance et des risques accrus de développer différents cancers,le tabac est encore responsable de la bronchite chronique, de troubles cardiovasculaires (angine de poitrine, infarctus du myocarde…). La fumée de tabac n'est pas seulement nocive pour le fumeur mais aussi pour son entourage puisqu'il pollue l'air que les autres respirent. Il n'y a aucune amélioration à fumer des cigarettes "light" à faible teneur en goudron et en nicotine : le fumeur a tendance à augmenter sa consommation de telle façon qu'il absorbe quotidiennement les mêmes doses. Le monoxyde de carbone Formule chimique: CO Caractéristiques: Gaz inodore et incolore qui peut se former quand on brûle du gaz (naturel, butane ou propane), du charbon, du mazout, du pétrole, de l’essence ou du bois. C’est un gaz très toxique. Un peu plus léger que l’air. Le CO aura donc tendance à s’accumuler plutôt dans la partie haute des locaux. Action dans l'organisme: Le CO s'associe aux molécules d'hémoglobine des globules rouges de la même manière que l'oxygène: il forme la carboxyhémoglobine. Hémoglobine + CO → Carboxyhémoglobine Le CO a une affinité pour l’hémoglobine 210 à 260 fois plus forte que celle de l’oxygène. Cela signifie que même si le CO n’est présent qu’en quantité infime dans l’air, c’est lui qui se liera préférentiellement à l’hémoglobine du sang au lieu de l’oxygène. Une concentration de 0,1 % de CO dans l'air est suffisante pour provoquer l'asphyxie. La carboxyhémoglobine donne au sang une couleur rouge groseille, d'où la mine rosée des personnes intoxiquées au CO. Prévention: Faire vérifier et entretenir chaudières, poêles et chauffe-eau par des ouvriers spécialisés. Les pièces où se trouvent ces appareils doivent toujours être bien aérées. Les cheminées doivent également être régulièrement vérifiées et ramonées. Symptômes d'une intoxication au CO: Malaise dans une salle de bain équipée d’un chauffe-eau au gaz, plusieurs personnes se plaignent de maux de tête, vertiges et nausées à la maison… Biologie (niveau A) Page 1. 48 Que faire ? Avant d’intervenir auprès d’une personne victime d’intoxication au CO, il faut d’abord prendre toutes les précautions pour éviter de s’intoxiquer soi-même. Il faut donc : - Aérer le local : ouvrir portes et fenêtres. - Arrêter l’appareil : si possible (un appareil au charbon ne peut être arrêté !). - Sortir la ou les victime(s) du local. - Installer la victime en position latérale de sécurité, c’est -à-dire couchée sur le côté pour éviter qu’elle ne s’étouffe dans ses vomissements - Appeler un médecin ou le 100 ou le 112 en signalant qu’il s’agit d’une intoxication au CO. Si la personne est inconsciente, ne pas oublier de le signaler ! Le traitement médical consistera en mise au repos et administration d’oxygène le plus rapidement possible. L'amiante L'amiante (ou asbeste) est une substance particulièrement toxique. Heureusement, son usage a été interdit par une série de textes de loi. Mais comme cette substance a très souvent été utilisée dans les dernières décennies (dans la construction et le bâtiment), elle est encore présente sous diverses formes dans notre environnement. Un matériau en bon état qui contient de l’amiante n’est pas dangereux en soi. Le risque pour la santé provient surtout de l’inhalation de fibres très fines d’amiante qui pénètrent au plus profond des poumons, dans les alvéoles. Cinq maladies sont intimement liées à l’amiante : 1. l’asbestose : c’est une fibrose du poumon, celui-ci est durci et n’assure plus sa fonction d’oxygénation. La maladie se développe entre 10 et 20 années après l’exposition à l’amiante. En soi, cette maladie n’est pas mortelle mais rend la personne plus sensible aux infections. 2. les plaques pleurales : elles se placent sur la plèvre (située entre la paroi thoracique et les poumons) et provoquent un épaississement du côté des côtes mais n’endommagement pas les fonctions respiratoires du poumon. Elles se développent entre 15 et 20 ans après l’exposition à l’amiante. 3. le mésothéliome : c’est une tumeur maligne qui envahit la plèvre et réduit le volume du poumon. En général, le mésothéliome ne se développe qu’entre 25 et 40 ans après l’exposition à l’amiante. L’issue en est toujours fatale. Biologie (niveau A) Page 1. 49 4. le cancer du poumon : il se développe à l’intérieur des bronches entre 15 et 25 années après l’exposition. Le tabagisme augmente considérablement le risque d’apparition de cette forme de cancer (50 fois plus). 5, le cancer du larynx : il est admis depuis peu que cette forme de cancer peut être causée par l’amiante. Lecture: Les fibres d’amiante sont ininflammables, résistantes à la chaleur, aux micro-organismes et aux substances chimiques agressives, à l’usure et sont bonnes conductrices de l’électricité. De plus, elles sont un bon isolant thermique, acoustique et sont faciles à travailler. De par leurs propriétés exceptionnelles, elles entrent dans la composition d’un très grand nombre de produits et matériaux. Une fois transformées, les fibres ne peuvent être identifiées qu’en laboratoire. C’est dans la construction et le bâtiment que l’amiante a trouvé ses principaux débouchés, par le biais d’un produit phare, l’amiante-ciment. On le reconnaît facilement à sa texture gaufrée caractéristique, par exemple sur les ardoises, tôles ondulées, plaques d’égout, etc. Sa mise sur le marché est interdite depuis le 1er octobre 1998 - (arrêté royal du 3 février 1998), mais sa très large utilisation passée fait qu’il sera encore présent pendant de nombreuses années dans notre environnement. Comme les fibres sont fortement intégrées au matériau dans l’amiante ciment, le risque qu’elles ne se libèrent et pénètrent dans les poumons ne devient conséquent que lorsque la partie du bâtiment ou de la construction concernée est affectée par des travaux ou par une détérioration. Les propriétés ignifuges de l’amiante et, généralement, sa grande résistance à la chaleur font qu’il a été utilisé dans un grand nombre de produits et d’application de consommation courante. On le trouvait ainsi dans les plaquettes de frein et les disques d’embrayage, dans les maniques et les sous-plats, dans les recouvrements de planches à repasser, les grille-pain, les sèche-cheveux, les jointages de poêles, chaudières à mazout, cassettes encastrées pour cheminées, etc. La mise sur le marché de tels produits est interdite depuis octobre 2001, mais il n’est pas impossible qu’on les trouve encore sur des brocantes ou tout simplement dans nos cuisines, hangars, garages, etc. Les nombreuses applications de l’amiante et son utilisation extensive par le passé, surtout dans le bâtiment et la construction, font qu’il nous faudra vivre à ses côtés pendant longtemps encore. Les difficultés techniques du désamiantage, les risques encourus tant par les travailleurs que par la population, et son coût fort élevé expliquent qu’il soit souvent préférable de laisser en place des constructions en bon état que de prendre le risque de libérer des fibres en tentant d’éliminer le matériaux contaminés. Source: http://www.health.belgium.be Biologie (niveau A) Page 1. 50 Les solvants Les solvants organiques sont des composés chimiques utilisés dans de multiples produits domestiques pour nettoyer ou diluer des substances comme les peintures ou les vernis. Exemples: - les colles. - les vernis. - les dissolvants de vernis à ongle. - les diluants de peinture. - les gaz propulseurs des aérosols. - les correcteurs liquides. - les feutres. - l’essence … Les vapeurs de solvants sont hautement toxiques et peuvent provoquer, même à faible dose, des séquelles corporelles graves (problèmes cardiaques, troubles de la mémoire ou de l’attention, troubles de l‘équilibre et de la coordination, perte de l’ouïe, lésions aux muqueuses et aux poumons, des nécroses du foie ou des reins). Des cas de décès soudains ont été rapportés, le plus souvent dus à des arrêts respiratoires, à un apport insuffisant d’oxygène dans le cerveau ainsi qu’à des troubles du rythme cardiaque. Les polluants atmosphériques Les principaux polluants gazeux qui sont régulièrement mesurés sont au nombre de quatre : • Les oxydes d’azote (monoxyde d’azote (NO) et dioxyde d’azote) • Le dioxyde de soufre • Le monoxyde de carbone • L’ozone. A ces polluants gazeux, il faut ajouter les hydrocarbures (composés organiques volatils) et les métaux lourds (plomb, mercure, cadmium...). Dans nos villes européennes, la circulation automobile est devenue la première source de pollution atmosphérique bien avant les émissions de polluants industriels. La pollution atmosphérique peut affecter la santé de diverses façons : • irritation des yeux, du nez et de la gorge; • respiration sifflante, toux et difficulté à respirer; • aggravation de problèmes pulmonaires et cardiaques existants; • risque accru de crise cardiaque; • décès prématuré, surtout chez les personnes sensibles. Biologie (niveau A) Page 1. 51 c) Réponds aux questions: 1° Réalise ce test auprès de 3 fumeurs réguliers. Le test de Fagerström mesure la dépendance physique au tabac 1) Quand fumez-vous votre première cigarette après votre réveil ? - dans les 5 premières minutes - entre 6 et 30 minutes - entre 31 et 60 minutes - après 60 minutes 2) Avez-vous du mal à ne pas fumer lorsque c'est interdit (transport en commun, cinéma…) ? - oui - non 3) 1 0 Quelle est la cigarette à laquelle vous auriez le plus de mal à renoncer ? - la première le matin - une autre 4) 0 1 2 3 Fumez-vous davantage les premières heures après le réveil que pendant le reste de la journée ? - oui - non 6) 1 0 Combien de cigarettes fumez-vous par jour ? - 10 ou moins - de 11 à 20 - de 20 à 30 - plus de 30 5) 3 2 1 0 1 0 Fumez-vous si vous êtes malade et alité(e) la majeure partie de la journée ? - oui - non 1 0 Faites le total de vos points : /10 - 0 à 3 points .................. dépendance physique nulle ou légère - 4 à 6 points .................. dépendance physique moyenne - 7 à 10 points ................ forte dépendance physique Résultats: - fumeur n°1: ............................................... - fumeur n°2: ............................................... - fumeur n°3: ............................................... Que peux-tu conclure ? ............................................................................................................ .................................................................................................................................................. 2° Calcule: Sachant qu'un paquet de cigarettes coûte 5,50 € et que Alain consomme 5 paquets par semaine. Combien épargnerait-il, pendant une année, s'il arrêtait de fumer? Que pourrait-il s'acheter avec cette somme ? Biologie (niveau A) Page 1. 52 3° Vrai ou Faux ? Vrai Faux Chaque cigarette fumée par la mère en cours de grossesse accélère les battements du coeur de son enfant de 10 à 40 pulsations à la minute, pendant 20 minutes. L’inhalation des vapeurs toxiques des solvants organiques peut provoquer des sensations d’ivresse. Sniffer, c'est-à-dire inhaler volontairement des vapeurs de solvants organiques, est inoffensif pour la santé. La pollution atmosphérique peut contribuer aux crises d'asthme chez les enfants. La concentration en goudron et en nicotine est toujours la même quelque soit la marque de cigarette. La nicotine attaque plus fortement la muqueuse de l'estomac lorsque l'individu est à jeun. Les fausses-couches sont beaucoup plus fréquentes si la maman fume. Fumer ne représente pas de danger pour les autres. Les jeunes deviennent plus vite dépendants au tabac que les adultes. Tous les fumeurs réguliers sont physiquement dépendants à la nicotine. Pour les filles, fumer et prendre la pilule en même temps est dangereux. Les effets du tabagisme sur la santé n'apparaissent qu'au bout de plusieurs dizaines d'années. A long terme, la cigarette aide à se concentrer. Le tabac calme les angoisses. Passer une heure dans un bar à chicha (mélange de tabac et de mélasse) sans fumer mais en respirant la fumée ambiante équivaut à fumer 7 cigarettes. Le cannabis est moins dangereux que le tabac, il contient moins de goudrons. Fumer un narguilé (ou pipe à eau) est peu dangereux. Quelle que soit la quantité de tabac consommée et aussi longtemps qu'on ait fumé, les bénéfices de l’arrêt du tabac interviennent presque immédiatement. Tout le monde prend du poids après avoir arrêté de fumer. A moyen terme, fumer peut provoquer le déchaussement des dents. Les cigarettes « légères » ou « light » sont moins dangereuses que les cigarettes classiques. Les personnes qui ne fument qu'une ou deux cigarettes par jour n'encourent aucun risque de développer un cancer du poumon. La consommation associée de tabac et d'alcool multiplie les risques de cancer. Si vous arrêtez votre consommation de tabac, les bénéfices apparaissent dans les premières heures. Fumer seulement quelques bouffées de cigarette par semaine ne représente pas un danger pour la santé. Biologie (niveau A) Page 1. 53
