St Jean de Maurienne

C. Lamy, V. Thuilier, J.M. Simon (Lycée P. Héroult – St Jean de Maurienne) relu M. Vial - 1 -
L'organisme en fonctionnement – classe de seconde (programme 2000)
- durée conseillée : 7 semaines -
 ACQUIS ANTERIEURS DES ELEVES :
- Les différents niveaux d’organisation du vivant : organisme, appareil/système, organe, tissu, cellule (programme de 3ème).
- Ces notions ont pu être abordées au travers d’un thème au choix relatif à la partie du programme intitulée : « Cellule, A.D.N. et unité du vivant ».
 ACTIVITE D’INTRODUCTION A CETTE PARTIE DU PROGRAMME :
Elle vise à prendre connaissance des conceptions des élèves sur la circulation sanguine et le transport des gaz au sein de l’organisme humain.
Pour cela :
- Demander à l’élève, à l’aide d’une question ouverte, comment le dioxygène va-t-il de l’air aux muscles,
- Faire tracer ce trajet sur un croquis pré dessiné avec les contours du corps humain ; veiller à ce que l’élève figure les organes intervenant lors d’un effort physique.
 SITUATION D’APPEL :
Les problèmes liés au dopage peuvent être abordés à l’occasion d’un thème au choix.
Les élèves identifient les types de dopages couramment pratiqués (EPO, anabolisants, amphétamines, créatine, …). On choisit alors de mettre l’accent sur l’EPO, procédé très médiatisé
actuellement. On propose de chercher à comprendre en quoi cette molécule permet d’augmenter les performances physiques et sportives (efforts plus intenses).
PROBLEMATIQUE
ACTIVITES
SUPPORTS
OBJECTIFS
METHODOLOGIQUES
NOTIONS CONSTRUITES
(= objectifs notionnels)
Comment expliquer que
certains sportifs aient
recours à des pratiques
spécifiques à l’approche
d’une compétition ?
Exemples :
(Hatier p 98-99)
- dopage à l’EPO,
- stages d’altitude (St
Gervais, Font-Romeu),
- alimentation adaptée
(plat de féculents, …),
etc…
T.P. N°1 : INTRODUCTION AU THEME D’ETUDE
DE CETTE PARTIE
 Activité n°1 :
- Rechercher des hypothèses concernant les
moyens par lesquels le sang transporte
davantage de O2 lors d’un effort physique.
- En utilisant les informations du texte relatif à
l’EPO, expliquez l’effet bénéfique de cette
molécule lors d’un effort intense. Justifiez son
usage en tant que dopant.
 Activité n°2 :
L’EPO engendre des modifications au niveau du sang,
elle accroît le nombre d’hématies et l’hématocrite.
 Quelle relation y a-t-il entre EPO, sang, globules
rouges et hématocrite ?
 Pour répondre : observation d’un frottis sanguin.
Texte sur l’EPO.
Lames de frottis
sanguin,
Microscopes,
Fiche méthodologique
d’utilisation du M.P..
Formuler des hypothèses.
Lire et comprendre un
texte scientifique.
Saisie de données.
Effectuer une observation
microscopique.
Réaliser un dessin
d’observation.
Essayer de construire une
fiche méthodologique
(réalisation d’un dessin
d’observation).
Un effort demande de l’énergie. Quelle est son
origine ? (O2 – aliments)
- L’alimentation et les réserves
apportent des nutriments.
- La respiration fournit du O2 dans le
sang.
- La circulation distribue le sang aux
muscles.

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PROBLEMATIQUE
ACTIVITES
SUPPORTS
OBJECTIFS
METHODOLOGIQUES
NOTIONS CONSTRUITES
(= objectifs notionnels)
Comment les besoins en
nutriments et en O2 des
muscles peuvent-ils être
assurés lors d’un effort ?
EXERCICE DE RECHERCHE A LA MAISON
- Evaluation des besoins en glucose lors d’un
effort physique.
- Etude de données chiffrées et microscopiques,
menant à la découverte de la notion de
réserves sous forme de glycogène et des très
faibles réserves en O2.
Hatier doc. 14 p91.
Hatier doc. p88-89.
Saisir des données.
Calculer.
Saisir et mettre en relation
des données.
- L’augmentation de l’activité physique
s’accompagne d’un accroissement de la
consommation de O2 et de nutriments par les
cellules musculaires.
- A la suite des repas, une partie des nutriments est
mise en réserve (glycogène, graisses).
- Il n’y a pas de mise en réserve de O2.
Sachant que le O2 n’est
pas stocké et que plus
l’effort est intense, plus
les muscles ont besoin de
O2 :
Comment expliquer que
l’organisme parvienne à
apporter aux muscles la
quantité de O2 adaptée à
la puissance de l’effort
fourni ?
Formulation d’hypothèses et de leurs conséquences
vérifiables en relation avec le problème posé.
T.P. N°2 : LIEN ENTRE ACTIVITE RESPIRATOIRE
ET EFFORT PHYSIQUE
 Activité n°1 :
Enregistrement, par spirographie, de la fréquence
respiratoire et de l’amplitude des cycles respiratoires :
- au repos,
- lors d’un effort modéré,
- au cours d’un effort intense.
 Activité n°2 :
- Donner un titre et légender le graphique.
- Annoter l’enregistrement (inspiration,
expiration, cycle respiratoire, mesure de la
fréquence respiratoire).
- Repérer les paramètres qui varient et
envisager la conséquence de la variation de
ces paramètres par rapport à l’effort physique
fourni.
- Expliquer s’il est possible d’accroître
indéfiniment la fréquence et l’amplitude des
mouvements respiratoires lorsque l’effort
devient plus soutenu.
Chaîne Ex.A.O.,
Logiciel Spiro (Jeulin),
Sonde oxymétrique et
spirographe,
Vélos d’appartement ou
steps ou petits tabourets
(éventuellement).
Enregistrements obtenus
lors de l’activité n°1.
Formuler des hypothèses
explicatives et envisager leurs
conséquences vérifiables.
Se familiariser avec
l’Ex.A.O. (comprendre le
fonctionnement d’un
dispositif technique).
Suivre un protocole.
Lire un graphique.
Extraire des informations
d’un graphique et les
mettre en relation.
Mettre en relation des
données.
- L’effort physique est associé à un accroissement
de l’activité respiratoire.
- Notion de ventilation pulmonaire.
- Limite physiologique liée à la capacité
respiratoire : le VO2 max. ; ce paramètre ne peut
être mesuré (approche par les professeurs d’E.P.S.,
avec la mesure de la VMA (vitesse maximale
aérobie)).

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PROBLEMATIQUE
ACTIVITES
SUPPORTS
OBJECTIFS
METHODOLOGIQUES
NOTIONS CONSTRUITES
(= objectifs notionnels)
Identique à celle
formulée pour le T.P.
précédent.
T.P. N°3 : LIEN ENTRE L’ACTIVITE
CARDIO-CIRCULATOIRE ET L’EFFORT PHYSIQUE
 Activité n°1 :
- Prévoir les résultats obtenus par mesure de la
consommation en O2 et de la fréquence
cardiaque sous forme de graphiques (axes,
aspect des courbes).
 Activité n°2 :
- Mesurer la consommation de O2 (logiciel
Respihom).
- Mesurer l’activité cardiaque à l’aide de
cardiofréquencemètres.
- Construire un graphique FC et VO2 en
fonction de l’effort.
Chaîne Ex.A.O.,
Sonde oxymétrique,
Logiciel Respihom,
Cardiofréquencemètre,
Vélos d’appartement ou
steps ou petits tabourets,
Métronomes pour
rythmer les flexions.
Prévoir des résultats
expérimentaux.
Comprendre le
fonctionnement des
dispositifs techniques.
Représenter
graphiquement.
- L’effort physique est associé à un accroissement
de l’activité cardiaque.
- Lors d’un effort physique, les différents
paramètres mesurés augmentent, et ce d’autant plus
que l’intensité de l’effort est importante.
Ceci a pour conséquences :
 Une entrée plus importante d’air dans
les poumons (augmentation de la
fréquence respiratoire, et
éventuellement de l’amplitude des
inspirations),
 Une circulation plus rapide du sang,
donc un débit sanguin plus important
notamment au niveau des muscles.
Autrement dit, « plus de O2 est apporté par plus de
sang » lorsque l’organisme effectue un effort.
T.P. N°4 : LIAISON CŒUR – POUMONS – MUSCLES
 Activité n°1 : Démonstration sur fressure (bloc cœur
poumons)
- Comparer avec le modèle élaboré
précédemment par l’élève (activité
d’introduction),
- Reprendre le modèle et proposer un sens de
circulation du sang à partir des acquis de
collège ===> L’examen de l’ensemble des
travaux des élèves conduit à la formulation de
plusieurs hypothèses sur les modalités de
circulation sanguine.
 Activité n°2 : Travaux sur cœur isolé (= tests des
différentes hypothèses)
- Annoter un croquis,
- Expériences de « remplissage » du cœur avec
de l’eau pour tester le sens de circulation du
sang au sein du cœur,
- Disséquer : découverte des valvules,
Effectuer une synthèse de la circulation : cœur,
poumons, muscles.
Fressure de veau ou de
porc.
Croquis élaboré lors de
l’activité d’introduction
à cette partie.
Croquis de
l’organisation du cœur.
Cœur de veau,
+ éventuellement, cœur
de dinde pour le test de
remplissage.
Observer.
Comparer un modèle
construit à la réalité
observée.
Formulation d’hypothèses.
Manipuler.
Réaliser une synthèse.
Le sang est propulsé par un système constitué de
deux pompes accolées : le cœur droit et le cœur
gauche.
Le sang y circule à sens unique (entrée par les
oreillettes et sortie par les artères) grâce aux
valvules (ouverture et fermeture de celles-ci se
manifestent sous forme de bruits du cœur, que l’on
peut entendre à l’aide d’un stéthoscope).
Le cœur est le moteur de la circulation ; il dirige
directement le sang enrichi en O2 des poumons vers
les muscles, car poumons, cœur et muscles sont
disposés en série [schéma].

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PROBLEMATIQUE
ACTIVITES
SUPPORTS
OBJECTIFS
METHODOLOGIQUES
NOTIONS CONSTRUITES
(= objectifs notionnels)
Comment expliquer que
le sang soit inégalement
réparti lors d’un effort
physique ?
T.P. N°5 : APPORT PREFERENTIEL DU SANG
OXYGENE VERS CERTAINS ORGANES
 Activité n°1 :
- Constater la répartition variable du sang qui
permet d’alimenter essentiellement les
muscles, le cœur, les poumons et le cerveau
lors d’un effort.
- Proposer un modèle (mécanismes) expliquant
cette inégale répartition du sang à l’aide d’un
tuyau souple, tel un tuyau d’arrosage,
représentant une artère, à partir de qq. constats
de la vie quotidienne :
 Doigts blancs au froid,
 Ne pas manger juste avant un effort,
 «sueurs froides» et rougeur à l’effort,
 problème de pression d’eau dans une
maison lors de l’utilisation
simultanée de la machine à laver, du
lave-vaisselle, de la douche, …
 torpeur post-prandiale, froid à la
sieste.
 Activité n°2 :
Valider ou infirmer le modèle proposé, à partir :
 de l’observation de lames d’artérioles ou de
veinules,
 de documents d’artérioles plus ou moins dilatées.
Hatier 2nde Doc. 12, 13
et 14 p 111.
Tuyau souple.
Microscope,
Lames d’artères/artérioles,
Lames de veines,
Belin doc. 3 p145.
Saisir des informations.
Comparer des données
expérimentales.
Concevoir et proposer un
modèle explicatif.
Mettre en relation des
données.
Valider ou infirmer une
hypothèse (modèle
proposé).
Le sang ne se répartit pas entre les organes dans les
mêmes proportions au repos et à l'effort
(comparaison des débits sanguins). A l'effort, le
sang est dirigé préférentiellement vers les organes
impliqués: muscles, cœur, (poumons) et cerveau.
Cette répartition inégale du sang est possible grâce
à la disposition en parallèle des organes (autres que
les poumons) par rapport au cœur.
Le débit sanguin à l'entrée des différents organes est
augmenté (au niveau des muscles et du cerveau) ou
diminué (au niveau de l'intestin, des reins, etc...)
grâce à un diamètre variable des artérioles
(vasoconstriction ou vasodilatation).
Schéma de synthèse de ce qu'il se passe au repos et
à l'effort.

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PROBLEMATIQUE
ACTIVITES
SUPPORTS
OBJECTIFS
METHODOLOGIQUES
NOTIONS CONSTRUITES
(= objectifs notionnels)
Sachant que le cœur du
greffé bat à un rythme
qui lui est propre,
supérieur à celui chez
une personne non
greffée :
comment expliquer le
contrôle et l’adaptation
des rythmes cardio-
respiratoires ?
[problème 1]
 Question :
Qu’est-ce qui contrôle le rythme cardiaque ?
T.P. N°6 : AUTOMATISME CARDIAQUE ET
CONTROLE NERVEUX DU RYTHME CARDIAQUE
 Activité n°1 :
- Observation comparative du rythme
cardiaque d’un greffé cardiaque et d’un sujet
non greffé, au repos et lors d’un effort.
Toute adaptation du rythme cardiaque est supprimée
chez le greffé ; le cœur semble battre seul, à un rythme
qui lui est propre (supérieur au rythme cardiaque
observé chez le sujet non greffé).
- Poser le problème.
- Formuler des hypothèses en réponse au
problème posé.
 Activité n°2 :
Dissection :
- Observer le cœur in situ,
- Isoler le cœur et observer.
VHS : L’aventure
intérieure n° 2 : Le
cœur, une pompe souple
– Coll. Alpa
Hatier docs p137.
Cœur d’embryon de
caille, de poulet.
Ou
Cœur d’escargot,
d’huître.
Matériel à dissection.
Loupe binoculaire.
Comparer des données
expérimentales.
Poser un problème
scientifique.
Formuler des hypothèses
explicatives.
Suivre un protocole.
Disséquer.
Rendre compte de ses
observations et les relier
au problème posé.
- Un cœur, isolé du reste de l'organisme bat tout
seul.
- Les battements du cœur sont donc automatiques et
non provoqués par des organes extérieurs au cœur
(comme le cerveau...).
- Mais ces battements automatiques se font à un
rythme constant et élevé comme on le constate chez
les greffés du cœur.
comment expliquer le
rythme cardiaque élevé
des greffés cardiaques ?
[problème 2]
T.P. N°7 : CONTROLE NERVEUX DU RYTHME
CARDIAQUE
- Interpréter des résultats expérimentaux de
stimulation et de sections des nerfs participant
au contrôle du rythme cardiaque.
- Appliquer ce qui vient d’être appris à la
situation d’effort physiologique.
Documents.
Ou
Logiciel « Pression
artérielle » - Pierron.
Saisir et mettre en relation
des données
expérimentales.
Construire un schéma de
synthèse.
Lorsqu'on stimule ou sectionne certains nerfs innervant le
cœur, le rythme cardiaque peut augmenter ou diminuer.
Le système nerveux intervient donc sur les variations du
rythme cardiaque.
Ainsi, l'augmentation du rythme cardiaque lors d'un effort
puis sa baisse à la fin de l'effort sont contrôlées par le
système nerveux (de façon involontaire cependant).
De même, l'activité des muscles intervenant dans la
ventilation est contrôlée par le système nerveux de façon
involontaire comme volontaire.