L’arrêt de la respiration entraîne rapidement la mort.
L’Homme a une respiration aérienne, les organes du corps puisent en permanence dans le sang le dioxygène dont ils ont besoin pour vivre.
Comment l’appareil respiratoire permet-il au sang de s’approvisionner en di oxygène ?
Pourquoi certaines substances sont-elles nocives pour l’appareil respiratoire ?
A. Le rôle des mouvements respiratoires
Ces photos montrent un enfant lors de l’inspiration et de l’expiration et parallèlement la radiographie des poumons au cours de ces mouvements respiratoires.
– Décris ce qui se passe lors de chaque mouvement respiratoire.
Pour pénétrer dans les poumons, l’air emprunte les voies respiratoires. D’après ces documents :
– Quels sont les organes qui constituent les muscles respiratoires ?
– Quels sont les organes qui constituent les voies respiratoires ?
– Où est stocké l’air dans les poumons ?
– Reconstitue sur une feuille le trajet de l’air, de l’extérieur jusqu’aux sacs alvéolaires.
Le dioxygène utilisé par les organes provient de l’air qu’on respire : à chaque passage de l’air dans les poumons, une partie du dioxygène est prélevée par l’organisme. L’air expiré contient donc moins de dioxygène que l’air inspiré.”
À chaque inspiration, l’air pénètre dans les poumons par des tubes de plus en plus ramifiés : trachées, bronches, bronchioles, finalement, l’air arrive dans de minuscules sacs, les alvéoles pulmonaires qui terminent chacune des bronchioles.
À l’expiration, l’air suit le même trajet en sens inverse.
Au cours de l’inspiration : la contraction des muscles intercostaux qui relèvent les côtes et celle du diaphragme qui s’abaisse alors, entraînent l’augmentation du volume pulmonaire et l’entrée de l’air. En effet, les plèvres accolent le tissu pulmonaire à la cage thoracique : lorsque celle-ci est dilatée par les contractions musculaires, cela crée une dépression qui attire l’air extérieur vers l’intérieur des poumons.
Au cours de l’expiration : le relâchement des muscles intercostaux, combiné à celui du diaphragme, est à l’origine de la réduction du volume de la cage thoracique. En effet, le tissu pulmonaire, étant élastique, a tendance à reprendre sa forme initiale et ce phénomène chasse l’air vers l’extérieur. L’expiration constitue donc un acte passif car aucun muscle ne se contracte lors de sa réalisation : c’est uniquement la propriété élastique des poumons qui conduit l’air à la sortie
B. L’appareil respiratoire met en contact l’air et le sang
L’air circule dans des voies respiratoires très ramifiées.Les plus petites bronchioles (1 à 2 dixièmes de millimètres de diamètre) se terminent par de minuscules sacs, les alvéoles pulmonaires.
– Légende le schéma ci-contre.
Le renouvellement de l’air dans les alvéoles
Dans les alvéoles, le renouvellement de l’air est partiel : à chaque expiration, c’est seulement un demi-litre d’air (en moyenne et au repos) qui est rejeté alors que le volume total d’air contenu dans les poumons est de plus de cinq litres chez un adulte.
5: Arrivée de l’air inspiré dans les alvéoles pulmonaires
C. Les échanges gazeux entre l’air et le sang
L’air inspiré, riche en dioxygène, arrive en permanence dans les alvéoles pulmonaires. Ce dioxygène est ensuite distribué par le sang aux organes qui l’utilisent.
– La surface de la paroi de l’ensemble des alvéoles pulmonaires est estimée à 200 m2, soit l’équivalent de la surface d’un terrain de tennis.
– Le volume de sang traversant les poumons est évalué à 5 litres par minute.
– La longueur des capillaires pulmonaires est estimée à 2400 km.
– L’épaisseur de la paroi séparant l’air du sang est de moins de 1 micromètre (1 µm = 1/1000 mm)
– Recherche les particularités des alvéoles pulmonaires qui favorisent le passage du di oxygène de l’air vers le sang.
– Reproduis le schéma 6b et légende chacune des flèches.
D. Les échanges gazeux entre l’air et le sang
Transport du dioxygène par le sang :
Lorsqu’on met le sang en contact avec un milieu riche en dioxygène, il prend une coloration rouge vif; alors qu’en présence du dioxyde de carbone, il prend une couleur rouge sombre.
Des réactions s’effectuent donc dans le sang en présence d’O2 et de CO2.
Le sang contient de nombreuses cellules, les globules rouges ou hématies. Chacune d’elles contient plusieurs molécules d’un pigment appelé hémoglobine (Rb). Cette molécule pigmentaire est une protéine, de couleur rouge sombre, qui peut s’associer à 3 molécules d’oxygène (O2). L’hémoglobine s’appelle alors l’oxyhémoglobine (HbO2) et devient rouge vif.
Cette réaction biochimique est réversible : elle peut se réaliser dans l’autre sens, c’est-à-dire que l’oxyhémoglobine peut perdre ses O2 et redevenir de l’hémoglobine. On a alors la réaction biochimique correspondante :
Transport du dioxyde de carbone par le sang :
Le CO2 est un gaz dont les molécules se dissolvent dans un milieu aqueux. C’est pourquoi on constate qu’environ 75% du dioxyde de carbone sont transportés sous forme dissoute dans le plasma du sang. Les 25% restants peuvent être transportés par les molécules d’hémoglobine disponibles.
On a alors la réaction biochimique correspondante :
L’étude des mécanismes de la respiration montre que le développement des muscles thoraciques par le sport accroît la capacité pulmonaire.
La respiration doit se faire par le nez et non par la bouche, car le nez est tapissé de cils qui permettent de filtrer l’air avant son entrée dans les poumons.
La fumée de cigarette contient, entre autres, des goudrons qui se déposent dans les poumons et leur donnent cette couleur noire. Les goudrons perturbent le fonctionnement des poumons et sont la cause de nombreuses infections respiratoires et de cancers. Mais les goudrons ne sont pas les seules substances dangereuses ! Les cigarettes contiennent plus de 4000 substances chimiques dont plus de 60 sont cancérigènes.
Il faut respirer de l’air pur car de nombreux gaz (comme le monoxyde de carbone) sont toxiques pour l’organisme.
Vocabulaire
Alvéole pulmonaire :Partie terminale en cul de sac des voies dans lesquelles l’air circule dans les poumons : lieu des échanges gazeux respiratoires.
Bronchiole : Petite bronche
Cancer : Tumeur qui se développe dans un organe et peut le détruire. Elle peut ensuite donner des tumeurs secondaires qui envahissent l’organisme et peuvent entraîner la mort.
Expiration : Mouvement correspondant à la sortie de l’air des poumons.
Goudrons : Ensemble de particules noires et gluantes dégagées par la combustion du tabac.
Inspiration : Mouvement correspondant à l’entrée de l’air dans les poumons.
Tabagisme : Intoxication provoquée par l’usage prolongé du tabac.
Ventilation pulmonaire : Mécanisme permettant de faire entrer et sortir l’air des poumons.
Vésicule pulmonaire : Petite poche située à l’extrémité d’une bronchiole constituée de plusieurs alvéoles.
L’essentiel à retenir
L’air atmosphérique pénètre dans l’appareil respiratoire par les voies nasales, la trachée et les bronches pour atteindre les poumons. Dans les poumons, les bronches se ramifient en bronchioles sur lesquelles s’ouvrent les alvéoles pulmonaires. C’est à leur niveau que le sang prend en charge le dioxygène et décharge le dioxyde de carbone.
Les échanges gazeux pulmonaires s’effectuent entre les alvéoles et les capillaires sanguins, grâce aux caractéristiques particuliers de cette zone d’échanges : très grande surface, finesse de sa paroi, riche vascularisation.
Au niveau des autres organes, les échanges se font en sens inverse, selon le même mécanisme physique.
Entre ces deux sites d’échanges, le sang transporte le dioxygène (O2) et le dioxyde de carbone (CO2) sous des formes combinées à l’hémoglobine dans les hématies ou bien dissoutes dans le plasma liquide.
La fumée de cigarette contient de très nombreuses substances nocives pour l’organisme et tout particulièrement pour l’appareil respiratoire, au niveau duquel ces substances peuvent engendrer des maladies graves comme le cancer.
Certaines substances rejetées dans l’air par les automobiles et les industries principalement, sont également très nocives pour l’organisme. Il existe une relation entre la pollution de l’air et la fréquence de certaines maladies respiratoires.
Il est donc nécessaire de diminuer les rejets des polluants atmosphériques et de surveiller la qualité de l’air.
Exercices
Exercice 1
Au cours d’un exercice musculaire, la consommation de dioxygène a été évaluée, ainsi que la fréquence cardiaque, Les résultats obtenus sont les suivants.
| Consommation de dioxygène(en litres par minute) | Fréquence cardiaque(nombre de battements par minute) |
| 0,5 | 60 |
| 1 | 80 |
| 1,5 | 100 |
| 2 | 120 |
| 3 | 150 |
| 4 | 160 |
1. Trace la courbe de variation de la fréquence cardiaque en fonction de la consommation de dioxygène en prenant sur l’axe des abscisses : 2 cm = 1 litre / mn pour la consommation de dioxygène, sur l’axe des ordonnées : 1 cm pour 20 battements à la minute.
2. Quelle est la consommation maximale de dioxygène ?
Exercice 2
Une analyse de 100 cm3 d’air inspiré et de 100 cm3 d’air expiré donne les résultats suivants :
| Azote | Dioxygène | Dioxyde de carbone | Vapeur d’eau | |
| Air inspiré | 79 cm3 | 21 cm3 | Traces | Variable |
| Air expiré | 79 cm3 | 16 cm3 | 4,5 cm3 | saturation |
Quelles réflexions te suggèrent ces constatations ?
Exercice 3
Définir les mots et expressions suivants :
Alvéole pulmonaire ; ventilation pulmonaire ; inspiration ; expiration ; gaz respiratoires.
Exercice 4
Le graphique ci-dessous montre les méfaits de la pollution de l’amiante sur les poumons.
– Décris le graphique et explique le résultat.
Les poumons, premiers victimes de l’amiante.
L’inhalation de fibres d’amiante détériore le tissu respiratoire et favorise l’apparition de diverses maladies de la plèvre (membrane qui entoure les poumons), des bronches et des poumons.
Ces atteintes du tissu pulmonaire surviennent des années après l’exposition à l’amiante (20 à 40 ans en moyenne) et sont définitives. Elles conduisent souvent au cancer