Respiration et circulation sanguine

Aliénor d’Aquitaine – CRPE – Sciences et Technologie- le 17 octobre 2006
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Les fonctions de nutrition animale (2)
Respiration et circulation sanguine
La respiration
Description anatomique, mécanique ventilatoire, échanges gazeux et production
D’énergie.
Au cours d’une inspiration, l’air pénètre dans les voies respiratoires jusqu’aux alvéoles
pulmonaires. Les échanges gazeux ont lieu à leur niveau, entre l’air de l’alvéole et le sang
des capillaires présents dans la paroi alvéolaire. Le dioxygène de l’air passe de l’alvéole vers
le sang et le dioxyde de carbone passe du sang vers l’alvéole.
Le sang quitte les poumons en direction du cœur, puis ressort du cœur en direction des
organes. Au niveau des organes, de nouveaux échanges gazeux se produisent. Le dioxygène
du sang passe dans la cellule, le dioxyde de carbone produit par la cellule passe dans le sang.
Le sang enrichi en dioxyde de carbone retourne au cœur, puis aux poumons. Le dioxyde de
carbone est rejeté lors d’une expiration.
Ventilation pulmonaire : échange d’air entre les poumons et l’atmosphère ( inspiration ,
expiration).
Qu’est-ce qui provoque l’entrée d’air dans les poumons ?
Lors de l’inspiration, le diaphragme s’abaisse et les muscles élévateurs des côtes se
contractent ce qui entraîne un accroissement du volume de la cage thoracique. Les poumons
dépourvus de muscles n’ont pas de mouvement propres. Ils sont entourés par les deux feuillets
de la plèvre. Un feuillet est collé au poumon, l’autre adhère à la cage thoracique. L’ensemble
cage thoracique / plèvre/ poumons/diaphragme fonctionne comme un tout solidaire ce qui
crée au moment de l’inspiration une dépression suffisante à l’entrée d’air.
L’expiration est un phénomène passif dû au relachement de l’ensemble .
Les mouvements respiratoires nomaux sont des réflexes modulables par la volonté.
Les centres nerveux réflexes sont situés dans le bulbe rachidien, eux-mêmes sous contrôle de
l’hypothalamus.
Une élévation du taux de dioxyde de carbone ou une privation de dioxygène assez longue
peuvkent entraîner la mort.
Quelle est la signification du concept de respiration ?
La respiration doit être envisagée du point de vue de la mécanique ventilatoire et de la
production énergétique. C’est au niveau cellulaire que des phénomènes chimiques
d’oxydation des glucides et /ou des lipides sont à l’origine de la production d’énergie. Toutes
ces réactions se produisent en partie dans le cytoplasme de la cellule et en partie dans la
mitochondrie.
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Le dioxygène permet l’ensemble des réactions d’oxydation qui décomposent progressivement
les hydrates de carbones en produisant du dioxyde de carbone, de l’hydrogène qui se combine
finalement au dioxygène libre pour donner de l’eau, de l’énergie.
Cette énergie disponible est alors accumulée dans la cellule d’ATP ( Adénosine Triphosphate)
qui est considérée comme la « monnaie énergétique de la cellule « .
1 L’organisation de l’appareil respiratoire de l’homme
L’appareil respiratoire : voies respiratoires + poumons
Les voies respiratoires conduisent l’air jusqu’aux alvéoles pulmonaires mais ne participent
pas aux échanges gazeux.
Elles comprennent les fosses nasales, le pharynx, le larynx, la trachée et les bronches.
Les poumons au nombre de deux sont des organes élastiques entourés d’un double feuillet, la
plèvre, elle-même solidaire de la cage thoracique. L’extrémité des bronchioles se termine par
les alvéoles pulmonaires ( 300 millions par poumon). Entre deux alvéoles on peut voir de
nombreux capillaires sanguins ; c’est à leur niveau que se situent les échanges gazeux.
2 La mécanique respiratoire
Il n’y a pas de réserve en dioxygène dans l’organisme, aussi un renouvellement constant de
l’air est-il nécessaire. Il est rendu possible par des mouvements alternés d’inspiration (entrée
d’air ) et d’expiration (sortie d’air ) : c’est la ventilation pulmonaire. Le rythme est de 14 à 16
mouvements par minute chez l’homme adulte au repos.
Le renouvellement de l’air dans les poumons
Il n’est jamais total. On peut mesurer à l’aide d’un spiromètre les volumes d’air inspriés et
expirés en fonction du temps. Ces valeurs varient en fonction de l’âge, du sexe et de la taille
d’un sujet normal.
Lors d’une inspiration normale, le volume d’air inspiré puis expiré est appelé air courant . (
V1=O,5 litres environ).
L’air de réserve inspiratoire ( ou air complémentaire ) est le volume supplémentaire inspiré
lors d’une expiration forcée ( V2=1,75 à 2,5 l).
L’air de réserve expiratoire est le volume d’air supplémentaire expiré lors d’une expiration
forcée (V3= 0,75 à 1,5 l).
On appelle capacité vitale le volume d’air maximum suceptible d’entrer et de sortir des
poumons au cours d’une respiration forcée : V1+V2+V3= entre 3 et 4,5 l
Après une expiration forcée, il reste toujours de l’air dans les poumons : c’est l’air résiduel (
1 à 1,5 l environ ).
La capacité totale : capacité vitale + air résiduel = environ 6 litres.
3 Les échanges gazeux
Au niveau de l’alvéole
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La différence entre la composition de l’air inspiré et celle de l’air expiré permet d’affirmer
que du dioxygène est absorbé et que du dioxyde de carbone est produit.
La comparaison des teneurs en différents gaz, dans l’air de l’alvéole et dans les capillaires
sanguins entrant et sortant des poumons , montre que l’alvéole est le siège d’échanges
gazeux : le dioxygène par dans le sang, le dioxyde de carbone passe dans l’alvéole.
Au niveau d’un organe
Les échanges inverses ont lieu au niveau des cellules : du dioxygène passe dans la cellule, du
dioxyde de carbone passe dans le sang. L’organisme est donc le siège d’échanges gazeux
constants qui alimentent les tissus en dioxygène et permettent le rejet du dioxyde de carbone
formé.
Comment se font les échanges ?
Les échanges gazeux se font par diffusion à travers les membranes, des capillaires sanguins et
des cellules. De part et d’autre des surfaces d’échanges, la pression des gaz est différente et
les échanges se font des zones de haute pression vers les zones de basse pression.
Le dioxygène très peu soluble dans le plasma est surtout transporté sous forme combinée à
l’hémoglobine, pigment rouge des globules rouges. Cette liaison donne l’oxyhémoglobine .
Elle est réversible et s’établit en fonction de la teneur en dioxygène du sang.
Le dioxyde de carbone est ving-cinq fois plus soluble que le dioxygène. Il est présent dans le
plasma sous forme dissoute et sous forme de bicarbonates ; il est aussi combiné à
l’hémoglobine sous forme de carbaminohémoglobine.
4 L’appareil respiratoire et la respiration chez quelques animaux
différents systèmes respiratoires mais dans tous les cas l’approvisionnement en dioxygène
dépend du milieu.
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Chez les insectes les échanges se font par des trachées, sorte de canaux qui mettent les
organes en contact avec le milieu extérieur. Il n’y a pas de système circulatoire.
Chez les animaux qui ont un système respiratoire transporteur de gaz respiratoires, il y
a toujours une surface d’échanges :
- branchies chez les poissons, les larves d’amphibiens
- surface de la peau humide chez les vers et les amphibiens adultes
- poumons chez de nombreux vertébrés ( amphibiens adultes, reptiles, oiseaux et
mammifères ) et aussi chez les escargots, les araignées.
La circulation sanguine
Un transporteur : le sang, une pompe : le cœur
Les veines : conduits à parois flasques dans lesquels le sang circule de la périphérie du corps
vers le cœur. Les veines de la partie inférieure du corps possèdent des valvules qui empêchent
le sang de refluer vers le bas.
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Les artères : conduits à parois béantes contractiles et élastiques dans lesquelles le sang circule
du cœur vers la périphérie.
Les capillaires : conduits de très petit diamètre qui établissent la continuité entre les artères et
les veines. Leur paroi très fine, permet des échanges entre le sang, le milieu intercellulaire et
les cellules.
Le sang : constitué de cellules ( globules rouges ou hématies, globules blancs ou leucocytes,
plaquettes ou globulins ) et de plasma ( eau, gaz dissous, molécules minérales et organiques ).
Quel est la signification du concept de circulation ?
La circulation du sang permet la mise en relation des différentes parties de l’organisme qui
fonctionne ainsi comme un tout .
Description du cœur et des valvules
Le cœur est un muscle creux constitué d’une partie droite parfaitement séparée de la partie
gauche.
Le sang riche en dioxyde de carbone et appauvri en dioxygène circule dans la partie droite ; le
sang riche en dioxygène et appauvri endioxyde de carbone circule dans la partie gauche.
Chaque partie du cœur est séparée en deux par les valvules auriculoventriculaires, sorte de
replis membraneux qui délimitent une oreillette dans la partie supérieure, un ventricule dans
la partie inférieure. La forme des valvules entre les ventricules et les artères impose un sens à
la circulation du sang.
Fonctionnement du cœur
La contraction du cœur ou systole est la période de travail, elle relève d’un automatisme. Elle
se produit en moyenne 70 fois par minute et alterne avec le relâchement du cœur ou diastole
qui est la période de repos.
La révolution cardiaque ou cycle cardiaque commence à la contraction des oreillettes, se
poursuit par celle des ventricules et se termine à la fin du temps de repos du cœur ( diastole
générale ). La contraction se fait en même temps dans la partie droite et la partie gauche du
cœur.
Des vaisseux spécifiques, les artères coronaires ( ramifications de l’artère aorte) ravitaillent le
cœur en nutriments et dioxygène. Le sang chargé en dioxyde de carbone et autres déchets
retourne au cœur au niveau de l’oreillette droite par les veines coronaires. Si ces vaissesaux se
bouchent, le muscle se dégrade rapidement : il y a infarctus.
Le pouls artériel
C’est un durcissemesnt passager des artères dû à la propagation d’une onde de choc qui naît à
chaque systole ventriculaire. On le perçoit lorsqu’on effleure ces vaisseaux avec le doigt.
Quels sont les liens entre les fonctions de digestion et de respiration ?
La digestion apporte les nutriments aux cellules ; la respiration apporte à la cellule l’oxygène
nécessaire à l’oxydation des nutriments glucidiques ou lipidiques pour récupérer l’énergie
nécessaire à son bon fonctionnement.
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