Nutrition animale et humaine

Nutrition animale et humaine :
Respiration et circulation
C3 : Le corps humain et l’éducation à la santé
1ère approche des fonctions de nutrition (digestion, respiration et circulation).
Csq à court et long terme de notre hygiène : actions bénéfiques ou novices de nos
comportements (notamment ds l’alimentation).
Notions visées à l’école élémentaire sur la respiration:
- Tt au long de la vie, jour et nuit, de l’air entre ds nos poumons et en ressort.
A chaque inspiration normale, ½ L d’air entre ds les poumons ; à chaque expiration, le
même volume d’air en sort.
Une partie du CO2 contenu ds l’air inspiré passe ds le sang qui le distribue à ts les
organes du corps.
- De même que le carburant d’une voiture est « brûlé » pr dégager de l’énergie, les aliments
st « brûlés » ds les divers organes du corps. Cette « combustion » ne peut se faire que s’il y
a du dioxygène. En réalité, ce ne st dc pas les poumons qui respirent ms ts les organes du
corps.
Notions visées à l’école élémentaire sur la circulation :
- Le sang circule tjs ds le même sens, à l’intérieur d’un circuit entièrement clos, formé de
150 000 km de vaisseaux sanguins de divers calibres. Certains vaisseaux, les capillaires,
st bcp + fins que des cheveux.
- Les vaisseaux sanguins st répartis ds tt le corps. Le sang peut ainsi transporter le
dioxygène et les aliments à ts les organes du corps.
- Le sang circule ds les vaisseaux à des vitesses différentes : 40 cm/s ds une grosse
artère ; 0,5 mm/s ds un capillaire.
- Les contractions du cœur assurent la circulation du sang comme le ferait une pompe sur
une canalisation. En réalité, le cœur est formé de 2 pompes qui fonctionnent côte à côte
et se contractent en même temps.
I/ La respiration
• La respiration est un phénomène général, commun aux animaux et aux végétaux.
• Elle concerne la majeure partie des êtres vivants. Toutefois, certaines formes de vie, ds un
environnement particulier privé d’oxygène, utilisent une autre voie, celle de la fermentation.
• La respiration est l’ensemble des mécanismes qui permettent la libération de l’énergie des
nutriments.
• Chez l’homme, elle se déroule selon deux processus : la ventilation pulmonaire et la respiration
cellulaire.
A/ La ventilation pulmonaire
• Le thorax présente une succession de mvts : les uns font pénétrer l’air ds les poumons,
réalisant ainsi l’inspiration, les autres font sortir les gaz des poumons, c’est l’expiration.
• Lors de l’inspiration, les muscles respiratoires agissent sur les côtes en les écartant et en
agrandissant le thorax ; les poumons, en suivant les déplacements de celui-ci dt ils st solidaires,
se dilatent. La csq est une diminution de la pression intra-pulmonaire qui devient inférieure à la
pression atmosphérique. L’air pénètre ds les poumons.
• Le relâchement des muscles inspiratoires entraîne le phénomène inverse.

• Parmi les muscles opérant lors de l’inspiration :
- Le diaphragme se révèle le + important. C’est un muscle plat en forme de dôme, qui
sépare la cavité thoracique de la cavité abdominale. En se contractant, il s’abaisse,
augmente davantage le volume de la cavité thoracique et accentue la dépression.
- La contraction des muscles intercostaux qui élèvent les côtes. Ces muscles occupent les
espaces entre les côtes.
• C’est l’ensemble de ces mvts qui constituent la ventilation pulmonaire, qui définit le rythme
respiratoire.
1) La composition de l’air
Les 3 gaz les + rencontrés st :
- l’azote (79,04%)
- l’oxygène (20,93%)
- le CO2 (0,03%)
2) Les voies respiratoires
L’air inspiré franchit les narines, passe successivement par les fosses nasales, la pharynx, le
larynx, puis entre ds la trachée qui se ramifie pr former l’arbre bronchique (bronche, bronchioles
de + en + fines) qui se termine sur les alvéoles pulmonaires.
3) Les alvéoles pulmonaires
• Les alvéoles st au nombre de 700 millions environ pr les 2 poumons.
• Les échanges entre le sang et l’air alvéolaire st favorisés par :
- l’existence d’une surface d’échange importante (environ 200 m2 pr l’ensemble des 2
poumons)
- La finesse de la paroi des alvéoles qui est entourée par des capillaires sanguins qui st à
son contact. Cette paroi est extrêmement mince, ce qui permet aisément le passage des
gaz entre la cavité alvéolaire et le sang.
- La présence d’une substance liquide qui assure une protection de la paroi alvéolaire tt en
la maintenant perméable.
- Différences de pression
4) Les volumes d’air mobilisés
• Au cours de chaque mvt respiratoire simple, le volume d’air inspiré puis expiré porte le nom de
volume courant (VC).
• Il est en moyenne chez l’adulte au repos de 0,5 L ms peut varier de façon importante : au cours
d’un exercice, il peut dépasser 3L.
• Le volume d’une inspiration forcée pratiquée à la fin d’une inspiration normale est le volume de
réserve inspiratoire (VRI) = 2,5 L
Le volume d’une expiration forcée pratiquée à la fin d’une expiration normale est le volume de
réserve expiratoire (VRE) = 2 L
• A la fin d’une inspiration forcée, il est possible d’effectuer un mvt d’expiration maximale, ce qui
va permettre d’expulser la totalité des volumes mobilisables, càd la somme des volumes cités
précédemment. Ce volume correspond à la capacité vitale et représente dc le volume max qu’un
sujet peut mobiliser volontairement au cours d’un seul mvt respiratoire = 5 L (ac un volume
courant de 0,5 L).
• Il existe un volume non mobilisable, il s’agit du volume résiduel. En effet, à la fin d’une
expiration forcée, il reste encore une certaine quantité de gaz ds les poumons (VR) = 1 à 1,5 L.
5) Comparaison de la composition du gaz inspiré à celle du gaz expiré
• Cf tableau
• Le rôle de la ventilation est d’amener l’air au niveau des alvéoles où il va perdre une partie de
son O2 et s’y enrichir en CO2 avant d’être rejeté.
(Ces modif st inverses de celles subies par le sang qui circule au contact des alvéoles : il s’y
enrichit en 02 et y laisse une partie de son CO2)
• En 24h, l’organisme humain absorbe environ 500 L d’O2 et rejette 400 L de CO2 !

B/ Le transport des gaz par le sang
• Les échanges gazeux entre les tissus de l’organisme et les alvéoles st assurés par la circulation
sanguine. Le sang est capable de fixer de façon réversible l’oxygène et le gaz carbonique.
• Deux mécanismes peuvent intervenir pr assurer la fixation et le transport des gaz ds le sang :
- physique (la dissolution des gaz ds l’eau du sang)
- chimique (la formation de combinaisons dissociables entre certains éléments du sang et
ces gaz)
1) Le transport du dioxygène
• Un pigment du sang joue un rôle essentiel ds le transport du dioxygène, il s’agit de
l’hémoglobine.
• C’est un pigment de couleur rouge qd il est oxygéné et violacé qd il ne l’est pas.
• L’hémoglobine sur laquelle est fixé de l’oxygène est appelée oxyhémoglobine.
2) Le transport du dioxyde de carbone
Le CO2 est transporté ds le plasma (pr la partie la + importante) et ds les globules rouges (pr le ¼
environ).
C/ La respiration cellulaire
• Elle est liée à la libération de l’énergie des nutriments au profit de l’organisme.
• La quantité d’énergie libérée varie selon les nutriments :
- 1 g de lipides libère 38 kJ
- 1 g de protides libère 17 kJ
- 1 g de glucides libère 17 kJ
• Le dioxygène joue un rôle essentiel ds cette libération : il permet une dégradation des
nutriments carbonés qui libèrent de l’énergie. Cette énergie est investie pr fabriquer une mol
intermédiaire énergétique (l’ATP), véhiculant cette énergie utilisable par les cellules.
• Ds le cadre de la respiration cellulaire, tte l’énergie potentielle du nutriment est libérée au
bénéfice de l’organisme.
• Il en résulte la formation de 2 déchets : de l’eau et du CO2 (+ de l’urée si le nutriment est
d’origine protidique).
• Il existe une autre voie d’utilisation (anaérobie) des nutriments qd le’O2 n’est pas ou plus
dispo, c’est la fermentation. Il y a alors libération incomplète de l’énergie ac, pr csq, un
rendement + faible que pr la respiration et, de +, formation d’un déchet organique chez
l’homme : l’acide lactique.
D/ La respiration ds le monde vivant
La respiration se traduit dc par un prélèvement d’O2 et un rejet de CO2 ds le milieu.
Cela se produit au niveau d’organes spécialisés qui jouent le rôle de surfaces d’échanges. On
relève différent cas (cf doc).

II/ La circulation sanguine
• Le transport des nutriments et des gaz est assuré par l’appareil circulatoire.
• Il comprend une pompe (le cœur) et un réseau de vaisseaux (les artères et les veines) qui
véhiculent le sang.
• Le corps d’un adulte contient environ 5 L de sang, celui d’un enfant 3 L.
• Le sang circule en circuit fermé, tjs ds le même sens.
A/ Le cœur
• Le cœur est un organe conique, gros comme un poing fermé.
• Il mesure environ 13 cm de long sur 8 de large et son poids varie entre 250 et 350 g.
• Il peut battre + de 100 000/jour et pomper jusqu’à 8 000 L de sang.
• C’est un muscle creux formé de fibres spéciales reliées entre elles, facilitant ainsi la
contraction de tt le muscle.
• Un tissu particulier, le tissu nodal, génère le rythme de base de la contraction cardiaque.
• Le cœur comporte 4 cavités : 2 oreillettes et 2 ventricules disposés de manière à former 2
cœurs, le droit et le gauche, comportant chacun une oreillette et un ventricule, ne communiquant
pas entre eux.
Chaque oreillette communique ac son ventricule.
→ Les oreillettes st des cavités à paroi mince, peu musculeuse.
→ Les ventricules st entourés par une paroi musculaire épaisse, notamment le ventricule
gauche, 3 ou 4 fois + épais que le droit.
• L’oreillette gauche reçoit les veines pulmonaires.
Du ventricule gauche part l’artère aorte.
• L’oreillette droite reçoit les veines caves.
Du ventricule droit part l’artère pulmonaire.
• Un jeu de valvules régule la circulation du sang ds le cœur :
- Entre l’oreillette gauche et le ventricule gauche, la valvule mitrale laisse passer le sang
ms l’empêche de refluer vers l’oreillette lors de la contraction ventriculaire.
- A droite, la valvule tricuspide joue un rôle similaire.
- Ds les vaisseaux, des valvules sigmoïdes empêchent le retour du sang en arrière,
notamment des artères vers les ventricules.
B/ Le circuit du sang : une gde et une petite circulation
Le sang circule ds un ensemble entièrement clos de vaisseaux.
Pr suivre le trajet du sang, prenons comme pt de départ le ventricule droit :
1) La petite circulation : entre le cœur et les poumons (la circulation pulmonaire)
• Elle a pr fonction d’oxygéner le sang ds les poumons.
• Empruntant l’artère pulmonaire, le sang parvient aux poumons où il s’enrichit en oxygène et se
décharge de son dioxyde de carbone. Il rejoint l’oreillette gauche par les veines pulmonaires.
• La valvule mitrale s’ouvre pr le laisser s’écouler ds le ventricule gauche.
2) La gde circulation (la circulation générale)
• Elle irrigue ts les organes du corps (sauf poumons) et assure diverses fonctions (transport des
nutriments, des gaz et des déchets ms également transport d’hormones).
• Lors de la contraction ventriculaire (la systole), la valvule mitrale ferme le passage entre
l’oreillette et le ventricule, le sang s’échappe ds l’artère aorte pr aller irriguer les organes de la
tête et des bras, ainsi que du tronc et des jambes.
• Lors du relâchement ventriculaire (la diastole), la pression ds le ventricule est nulle ; en
revanche, ds l’aorte, la pression demeure tjs sup à 0. Le sang pourrait refluer si il n’y avait pas les
valvules sigmoïdes ds les vaisseaux qui empêchent ce retour. C’est ce transport par à-coups que
l’on perçoit qd on prend le pouls. Le sang avance par volumes successifs ds les artères. Le
système est identique ds l’artère pulmonaire, ne faisant circuler le sang que ds un sens.

• En arrivant vers les organes, une série de ramifications fait circuler le sang ds un réseau de
vaisseaux de + en + fins, les capillaires, qui viennent au + près des cellules, favorisant les
échanges par une gde surface de contact.
• En passant au niveau de l’intestin grêle, le sang se charge en nutriments puis rejoint le foie via
la veine porte. Le sang est débarrassé de ses produits toxiques par le foie et parvient au cœur
droit par la veine cave inférieure.
• Riche en oxygène et en nutriments, le sang irrigue les tissus en leur apportant ces éléments
vitaux. Il se charge des déchets de la respiration cellulaire (CO2, H2O et urée) et les transporte
jusqu’au lieu de leur évacuation : le CO2 est rejeté par les poumons, l’urée est captée au niveau
des reins et excrétée ds l’urine ac l’excédent d’eau que des apports excessifs ont constitué.
• Le sang parvient au cœur droit par les veines caves, rejoint l’oreillette, franchit la valvule
tricuspide. Il est chassé par une contraction du ventricule droit pr rejoindre l’artère pulmonaire.
Le circuit est bouclé.
• On peut dire que le sang s’éloigne du cœur par des artères et le rejoint par des veines.
C/ Le cœur et la respiration lors d’une épreuve d’endurance
L’endurance est l’aptitude à soutenir un effort le + longtemps possible à une cadence élevée.
• Pdt cet effort, les muscles travaillent et consomment + de nutriments (glucose) et d’oxygène.
• Le flux du sang doit augmenter pr satisfaire ces besoins et la respiration doit assurer un apport
d’oxygène suffisant.
1) Le cœur, du repos à l’effort
Le pouls correspond au nbre de battements du cœur en 1’.
Le volume systolique est le volume évacué lors de chaque contraction du ventricule gauche.
Le débit cardiaque est le volume de sang rejeté par le cœur en 1’.
• Le cœur peut doubler, voire tripler son rythme en cas d’effort. Comme le volume systolique
augmente également, le débit cardiaque est multiplié par 5 ou 7, apportant aux muscles la
quantité d’oxygène et de glucose nécessaire pr ce fonctionnement intense.
2) La respiration lors d’un effort
→ Lors d’un effort, l’amplitude thoracique et le rythme respiratoire augmentent.
→ Le débit respiratoire est multiplié par 13.
→ La conso d’oxygène est 16 fois plus importante.
→ Le rejet de CO2 est 23 fois plus intense.
• On observe une véritable mobilisation des appareils respiratoire et circulatoire pr fournir aux
muscles le glucose et l’oxygène nécessaires à leur fonctionnement et pr rejeter les déchets
produits lors de l’exercice.
3) L’adaptation à l’effort
→ Chez un sportif, la capacité pulmonaire augmente, ce qui implique une diminution du rythme
respiratoire pr un même volume d’air ventilé.
→ De même, la capacité globale du cœur passe de 500 à 750 cm3.
→ Le volume systolique s’accroît, entraînant une baisse du pouls significative (de 72
pulsations/min en moyenne pr un sédentaire à 50 pr un sportif).