II- L`appareil respiratoire humain

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LA RESPIRATION ET LA CIRCULATION SANGUINE
L’air est composé de différents gaz tels que l’oxygène (O2), le dioxyde de carbone (CO2) (78% azote ; 21
de dioxygène ; 1% d’autres éléments tels que le dioxyde de carbone, l’argon, l’eau, poussières,
microorganismes...)
La respiration est une fonction essentielle à tous les êtres vivants.
I-
Trajet de l’air
L’inspiration est l’entrée de l’air par la bouche ou par le nez vers les poumons. L’expiration est la sortie de
l’air par la bouche ou par le nez.
L’air inspiré contient beaucoup d’oxygène et peu de dioxyde de carbone. Alors que l’air expiré contient
moins d’oxygène et plus de CO2.
L’air inspiré passe par la bouche et par le nez, puis il descend dans le pharynx, le larynx, la trachée, les
bronches, les bronchioles et enfin arrive dans les sacs alvéolaires (ou alvéoles). L’air expiré fait le chemin
inverse.
II-
Comment l’air entre et sort des les poumons ?
La cage thoracique est constitué des poumons, du cœur, des côtes, des muscles intercostaux (entre les
côtes), des muscles releveurs des côtes et du diaphragme (muscle dans le bas de la cage thoracique
séparant le thorax de l’abdomen).
La contraction du diaphragme (abaissement) et des muscles intercostaux fait entrer l’air dans les poumons :
c’est l’inspiration. Le relâchement de ces muscles (remontée du diaphragme) expulse l’air des poumons :
c’est l’expiration.
III-
Echanges entre les sacs alvéolaires et les capillaires sanguins
L’air arrive au niveau des sacs alvéolaires. Ils sont entourés par de petits vaisseaux sanguins : les
capillaires. C’est à ce niveau que ce font les échanges gazeux entre les alvéoles et le sang.
L’oxygène contenu dans l’air passe à travers la paroi des alvéoles pour aller dans le sang. Le dioxyde de
carbone contenu dans le sang passe à travers la paroi des capillaires pour aller dans les alvéoles pour
ensuite être expulser lors de l’expiration.
Le sang arrivant aux poumons vient des organes (via le cœur) qui ont rejeté du CO2 et ont consommé de
l’oxygène. Le sang qui repart des poumons, va aux organes (via le cœur) afin de leurs amener l’O2.
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IV-
Les besoins des muscles en activité
Les muscles ont besoin de « nourriture » pour fonctionner. Ce sont l’oxygène et les glucides (tel que le
glucose). Ils vont permettre de fournir l’énergie aux muscles et à tous les organes.
Les muscles pour fonctionner consomment de l’oxygène et des glucides qu’ils prélèvent dans le sang.
Tous les organes dont les muscles sont entourés par de très fins vaisseaux sanguins : les capillaires.
L’oxygène et les glucides vont passer à travers la paroi des capillaires pour aller dans l’organe utilisé.
Plus un muscle fonctionne, plus sa consommation d’oxygène et de glucides est importante. [un peu comme
une voiture à besoin d’essence ; notre corps est tout le temps en activité et donc à tous le temps besoin
d’énergie. Hors cette énergie est produite grâce à l’oxygène et aux glucides].
Pour apporter plus d’oxygène et de glucides aux muscles en activité, la respiration s’accélère (absorption
plus importante d’oxygène) et les battements du cœur se font plus rapide (l’oxygène et les glucides
transportés par le sang arrive alors plus vite aux muscles).[c’est le cœur, fonctionnant comme une pompe,
qui fait circuler le sang]
Remarque : La plupart du temps les glucides sont stocker dans le foie qui fournit l’ensemble du corps par
le biais des vaisseaux sanguins.
D’où viennent l’oxygène et les glucides ?
L’oxygène est absorbé au niveau des poumons, puis passe dans le sang (il y a de nombreux vaisseaux
sanguins au niveau des poumons). L’oxygène sera alors transporté par le sang (par l’hémoglobine
contenant du Fer) vers toutes les parties du corps. L’oxygène passera alors du sang vers les organes qui
pourront alors l’utiliser.
Le sang transporte aussi les glucides (particulièrement le glucose) vers les organes. Les glucides
proviennent de l’alimentation.
Composition du sang à l’arrivée et à la sortie d’un capillaire au niveau d’un muscle
Le sang qui arrive au niveau d’un muscle est riche en oxygène et en glucose. Et le sang qui repart du
muscle est pauvre en oxygène et en glucose. Ceci nous permet de dire que le muscle à consommer ces
deux éléments.
Quand le sang repart du muscle, il est riche en CO2 alors qu’en arrivant le sang était pauvre en CO2. Le
CO2 est un déchet produit par l’activité des muscles. Le muscle rejette donc du CO2 dans le sang. Le CO2
sera transporté par le sang vers les poumons pour être rejeté vers l’extérieur.
V-
Adaptations à l’effort
En respirant, les êtres humains absorbent et rejettent de l’air dont la composition en dioxygène (O2) et en
dioxyde de carbone (CO2) varient. Les quantités de ces éléments varient en fonction de l’activité. Plus
l’effort est important, plus la consommation d’oxygène est importante et plus le rejet de dioxyde de
carbone est important. L’O2 permet la production d’énergie (cf. respiration cellulaire). Le CO2 est un
déchet produit par l’activité cellulaire.
Lors d’un effort :
- La fréquence respiratoire augmente : on respire donc plus vite.
- Le volume courant augmente : à chaque respiration on inspire une plus grande quantité d’air.
Ces 2 augmentations permettent d’absorber plus d’oxygène.
Il existe un volume maximum de dioxygène absorbé par minute, le VO2 max (en mL/kg/min). Il
correspond au maximum d’O2 pénétrant dans le sang au niveau des poumons.
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VI-
Environnement et respiration
Un certain nombre d’éléments de notre environnement ont des effets négatifs sur notre appareil
respiratoire.
Les polluants industriels et automobiles
Les gaz et les poussières rejetés par les industries et par les automobiles ont un effet néfaste sur nos
poumons. Ils peuvent aggraver les crises d’asthme, les allergies. Dans les villes polluées, ces gaz
augmentent les risques de bronchites, de laryngites, de problèmes cardiaques, de cancers du poumon.
Le tabac
Le tabac est une drogue. Il contient de la nicotine qui va créer une dépendance physique et psychique du
fumeur à cette substance. Il existe de nombreuses méthodes pour s’arrêter : patch, chewing-gum à la
nicotine, acupuncture, hypnose...
C’est la fumée qui est dangereuse dans le tabac. La fumée contient principalement des produits irritants et
des goudrons. Les goudrons vont se déposer dans les poumons (bronches, bronchioles et alvéoles).
Certaines de ces substances nocives vont passer dans le sang et abîmer les vaisseaux sanguins et d’autres
parties du corps.
Le tabac est à l’origine de nombreuses maladies : bronchite chronique, emphysème, cancers (poumon,
larynx, gorge, bouche, langue, vessie), crise cardiaque...
VII-
Structure du système circulatoire
Le système circulatoire est composé des vaisseaux sanguins (les veines, les artères et les capillaires) et
du cœur, dans lesquels circule le sang.
Le sang sert à transporter :
- L’oxygène des poumons vers les organes
- Les nutriments de l’intestin grêle ou du foie vers les organes
- Les déchets produits par l’activité des organes, tels que l’urée vers les reins ou tel que le CO2
vers les poumons.
Il existe 3 catégories de vaisseaux sanguins :
- Les artères qui transportent le sang du cœur vers les organes. Lorsqu’elles deviennent
plus fines on parle des artérioles.
- Les veines qui transportent le sang des organes vers le cœur. Lorsqu’elles deviennent
plus fines on parle des veinules.
- Les capillaires sanguins qui font la jonction entre les artères et les veines au niveau des
organes. C’est à ce niveau que ce font les échanges gazeux (O2 et CO2) et moléculaires
(éléments nutritifs et déchets cellulaires).
On peut distinguer deux sous-systèmes circulatoires l’un à la suite de l’autre :
- la petite circulation ou circulation pulmonaire qui va du cœur droit aux poumons
pour retourner au cœur gauche. Le sang va s’oxygéner et libérer le CO2 dans les
poumons.
- la grande circulation ou circulation générale qui va du cœur gauche aux organes pour
retourner au cœur droit. Le sang va fournir O2 et glucose aux organes et recevoir les
déchets (le CO2 et l’urée) produits par les organes.
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VIII-
Structure et fonctionnement du cœur
A- Structure du cœur
Le cœur est un muscle creux divisé en deux parties : le cœur droit et le cœur gauche. Il fonctionne comme
une pompe contractile permettant au sang de circuler de façon continue et dans un seul sens dans
l’ensemble du corps.
Chacune des 2 parties est elle-même composée d’une oreillette et d’un ventricule.
Les valvules auriculo-ventriculaires séparent les oreillettes des ventricules et empêchent le sang de
refluer vers les oreillettes quand les ventricules se contractent.
La valvule sigmoïde (dans le cœur droit) et la valvule mitrale (dans le cœur gauche) séparent les
ventricules des artères et empêchent le sang de refluer dans les ventricules une fois dans les artères.
Les valvules permettent la circulation dans un seul sens.
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B- Fonctionnement du cœur
La révolution cardiaque représente les différentes étapes du fonctionnement du cœur lors d’un
battement. Elle peut être décomposée en 3 phases :
- La diastole : c’est le relâchement du cœur qui permet au sang arrivant par les veines de
pénétrer dans les oreillettes.
- La systole auriculaire : c’est la contraction des oreillettes qui permet au sang de
pénétrer dans les ventricules.
- La systole ventriculaire : c’est la contraction des ventricules qui permet au sang d’être
propulser dans les artères.
Si la fréquence cardiaque est de 60 battements/minute au repose, alors une révolution cardiaque (les 3
étapes) dure 1 seconde.
IX-
Effort et fonctionnement du cœur
Le débit cardiaque est la quantité de sang envoyé dans le système circulatoire par le cœur en une minute
(= fréquence cardiaque x volume systolique).
Pendant l’effort :
- La fréquence cardiaque augmente. De 70 à 200 battements/minute en moyenne.
- Le volume systolique augmente.
Ceci permet au sang de circuler plus vite et en plus grande quantité afin d’amener plus d’oxygène et de
glucides aux organes (et d’évacuer les déchets plus rapidement).
Ainsi pendant un effort, les débits cardiaque et respiratoire augmentent afin de subvenir aux besoins en
oxygène et en nutriments des organes sollicités (les muscles).
X-
Les maladies cardiovasculaires : un exemple particulier, l’infarctus
Comme tous les muscles le cœur a besoin d’oxygène et de nutriments apportés par le sang pour
fonctionner. Cet apport se fait grâce à des vaisseaux sanguins particuliers entourant le cœur, les coronaires.
L’infarctus ou arrêt cardiaque est dû à une mauvaise circulation du sang (ou un arrêt de la circulation du
sang) dans les coronaires.
La principale cause d’infarctus est l’accumulation de cholestérol dans les vaisseaux sanguins. Le tabagisme
et l’alcoolisme augmentent sérieusement les risques d’infarctus.
Si l’infarctus ne provoque pas la mort de la personne, le cœur est abîmé. Dans certains cas on peut
pratiquer une greffe du cœur.
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