Chapitre 4 La Respiration - 2022-2023 PDF

CHAPITRE 4 : Respirer, ça veut dire quoi ? Objectifs de la séquence LA RESPIRATION DE L’HOMME -Distinguer la respiration cellulaire de la ventilation, -Citer les composants de l’air après avoir déterminer expérimentalement la composition de celui-ci,...

CHAPITRE 4 : Respirer, ça veut dire quoi ? Objectifs de la séquence LA RESPIRATION DE L’HOMME -Distinguer la respiration cellulaire de la ventilation, -Citer les composants de l’air après avoir déterminer expérimentalement la composition de celui-ci, -Définir le rôle de l’eau de chaux dans une expérience, -Réaliser un rapport expérimental. -Citer les organes respiratoires de l’homme et les légender sur un dessin donné, -Décrire le mécanisme de la ventilation pulmonaire, -Réaliser un modèle de la ventilation pulmonaire, -Citer le rôle des organes respiratoires, comme par exemple, celui du diaphragme dans le mécanisme de la ventilation, -Citer les deux temps de la ventilation, -Comparer la composition de l’air inspiré et celle de l’air expiré d’après une expérience ou à partir d’un tableau de données, -Schématiser et légender les échanges gazeux au niveau d’une alvéole pulmonaire, -Expliquer l’intérêt de pratiquer une activité sportive pour développer la capacité pulmonaire, -Expliquer les méfaits de l’inhalation de certaines substances toxiques. 1  LA RESPIRATION DE QUELQUES ÊTRES VIVANTS TERRESTRES - Citer les différents types de respiration (pulmonaire, trachéenne, cutanée), -Comparer les différents types de respiration sur base des organes respiratoires, de l’orifice respiratoire, du lieu des échanges gazeux et légender le système respiratoire de quelques êtres vivants, -Réaliser une clé dichotomique pour trier quelques êtres vivants sur base de leur mode respiratoire. Légende utilisée : Lire- Observer Mémoriser-Retenir Établir des liens 2  1) MISE EN SITUATION -Lire attentivement l’article et RÉDIGER une hypothèse quant aux bienfaits d’un entraînement en montagne. EXPLIQUER et JUSTIFIER en quoi cela est-il intéressant pour les sportifs.1 « Depuis que l’équipe de France de football a préparé la coupe du monde 1998 à Tignes, les stages en altitude ont le vent en poupe chez les athlètes de haut niveau. Bienfaits physiologiques de l’altitude, ambiance vacances dans un cadre idyllique et infrastructures de qualité expliquent cet engouement, qui gagne les sportifs amateurs. (…) Il faut également noter une augmentation de la capacité d’un sportif à répéter les sprints à haute intensité, puisqu’on agit ici sur la capacité du muscle à être irrigué. Dans ce dernier cas, on s’adresse d’abord à des pratiquants de sports intermittents (tennis, football, basket...), détaille encore le coach. Avant de se lancer dans un programme sportif intensif au-delà de 1500 mètres, il faut d'abord acclimater son corps à l'altitude. Face à elle, tout le monde ne réagit pas forcément bien. « Si vous êtes un mauvais répondeur, un stage en altitude va surtout vous apporter une grosse fatigue », prévient Jean-Claude Banfi. L’idéal, c’est de rester quinze jours, même si les premiers bienfaits commencent à se faire sentir après une semaine en altitude. » 1 Sur le site https://www.france-montagnes.com/webzine/formesante/stage-dentrainement-pourquoi-les-sportifs-choisissent-la-montagne 3  Idée des élèves 2) COMPOSITION DE L’AIR -Afin de comprendre la situation de départ, il est important de connaître la composition de l’air. Réaliser les différentes expériences proposées en classe et COMPLÉTER le rapport de laboratoire. 2.1. Expérience 1 : -Objectif (= Ce que l’on cherche à faire, le but. ) Mettre en évidence la présence de dioxygène dans l’air. -Matériel (= Ce dont on a besoin pour faire l’expérience. ) Une bougie, des allumettes, un verre. -Mode opératoire (= les étapes à suivre pour réaliser l’expérience. ) - Prendre une bougie. - Allumer la bougie à l’aide d’une allumette. - Prendre un verre. - Retourner le verre sur la bougie. - Observer. -Observation(s) (= Ce que l’on voit, entend, sent, goûte ou touche. ) Après quelques secondes la bougie s’éteint. 4  Avant Après Le verre Le verre La bougie La bougie allumée éteinte -Interprétation (= Expliquer ce que l’on a observé. ) La flamme ayant besoin de dioxygène, une fois la bougie placée dans le verre retourné, la flamme consommant le dioxygène dans le verre, celui-ci vient à en manquer et la bougie s’éteint donc. -Conclusion (= Ce qu’il faut retenir. ) L’air contient donc du dioxygène (02). 5 2.2. Expérience 2 : -Objectif (= Ce que l’on cherche à faire, le but. ) Mettre en évidence la présence de dioxyde de carbone dans l’air / Est-ce que l’air contient du CO2 ? -Matériel (= Ce dont on a besoin pour faire l’expérience. ) De l’eau de chaux et un verre. -Mode opératoire (= les étapes à suivre pour réaliser l’expérience. ) - Verser de l’eau de chaux dans un verre. - Couvrir le dessus du verre. - Secouer le verre. - Observer. -Observation(s) (= Ce que l’on voit, entend, sent, goûte ou touche. ) Au bout de quelques secondes, l’eau de chaux devient blanchâtre/trouble. Avant Après L’eau de chaux L’eau de chaux limpide blanchâtre Un verre Un verre 6 -Interprétation (= Expliquer ce que l’on a observé. ) L’eau de chaux étant un liquide transparent réagissant à la présence de dioxyde de carbone en devenant blanche lorsque celle-ci est au contact de l’air, elle se trouble. -Conclusion (= Ce qu’il faut retenir. ) L’air environnant contient donc du dioxyde de carbone. 7 2.4. Composition de l’air atmosphérique -Maintenant que nous connaissons la composition de l’air, REPRÉSENTER celle-ci en pourcentages sous forme d’un graphique circulaire. Composition de l’air pour 100 l (100%) Constituant de l’air Air en litres (l) Air en pourcentage (%) Dioxygène 21 21% Dioxyde de carbone 0.03 0,03% Azote 78 78% Vapeur d’eau Variable Variable Autres gaz 0.07 0,07% - Dioxygène (O2) 100 l -> 360° 1 l -> 3,60° 21 l -> 75,6° - Dioxyde de carbone (CO2) 100 l -> 360° 1 l -> 3,60° 0,03 l -> 0,108° - Azote 100 l -> 360° 1 l -> 3,60° 78 l -> 280,8° - Autres gaz 100 l -> 360° 1 l -> 3,60° 0,07 l -> 0,252° C02 (0,108°) + autres gaz (0,252°) = 0,36° 8 - RÉALISER un graphique circulaire : Ventes 0% 21% Dioxyde de carbone 1% Dioxygène Autres gaz. Azote 78% 9  3) L’ANATOMIE ET LES MOUVEMENTS RESPIRATOIRES a) Que se passe-t-il lorsque tu réalises un effort physique intense ? On respire plus vite. b) Comment l’observes-tu ? La cage thoracique augmente et diminue de volume rapidement. c) Pourquoi ce phénomène a-t-il lieu ? Car notre corps a besoin davantage d’oxygène, on « respire » donc plus vite pour en capter plus. -Pour comprendre ce phénomène, il faut d’abord s’intéresser à l’anatomie du système respiratoire ainsi qu’au trajet que va emprunter l’air. 10 3.1. Anatomie du système respiratoire - IDENTIFIER les différents organes du système respiratoire : 14 1. Les fosses nasales 8. La trachée 2. La cavité buccale 9. Une bronche droite 3. Le larynx 10. Le poumon droit 4. La plèvre 11. Les côtes 5. Les bronchioles 12. Les muscles intercostaux 6. Une alvéole pulmonaire 13. Le diaphragme 7. Nez (narines) 14. Le pharynx è Trajet de l’air inspiré 11 3.2. Les mouvements respiratoires -Lorsque nous remplissons nos poumons, nous inspirons lorsqu’on les « vide », nous expirons. Ces deux temps réunis permettent d’assurer le phénomène de ventilation. è Le renouvellement de l’air est assuré par : l’inspiration et expiration. -PLACER les mains sur les côtes en réalisant de longues ventilations et COMPLÉTER le tableau ci-dessous. Inspiration Expiration Mouvement du diaphragme Descend Remonte Mouvement des côtes Se soulèvent S’abaissent Volume de la cage thoracique Augmente Diminue et des poumons Mouvement de l’air Entre Sort Action des muscles Se contractent Se décontractent / se intercostaux relâchent 12 -EXPLIQUER pourquoi qualifie-t-on l’inspiration de phénomène actif et l’expiration, de phénomène passif ? - L’inspiration L’inspiration est un phénomène actif car elle nécessite la contraction de certains muscles (intercostaux + diaphragme) et donc une dépense d’énergie. - L’expiration L’expiration est un phénomène passif car elle ne nécessite pas de contraction musculaire (les muscles se relâchent et donc pas besoin d’énergie). -Sur le schéma de la page 11, IDENTIFIER le trajet de l’air à l’aide de flèches. Pour en savoir plus… En hiver, il est préférable de respirer par le nez car les fosses nasales sont revêtues d’une muqueuse possédant des cils vibratiles réchauffant l’air. De plus, du mucus (liquide visqueux) est sécrété par cette muqueuse, permettant de retenir les poussières contenues dans l’air. Le pharynx est le carrefour se situant entre les voies digestives et respiratoires. Lorsque l’on respire, l’épiglotte ferme les voies digestives et inversement. Les poumons, au nombre de deux, sont des organes mous, spongieux et légers. Cependant, le poumon droit est plus grand que le gauche (trois lobes). Chacun d’eux est entouré d’une double enveloppe transparente, la plèvre. Celle-ci permet à chaque poumon de suivre les mouvements de la cage thoracique. 13 3.3. Travail à domicile Voulant utiliser ses connaissances scientifiques, Martin décide de réaliser un modèle. Cependant les outils disponibles sont limités. À l’aide du matériel proposé ci-dessous, Martin doit réaliser un modèle représentant les diverses parties de notre appareil respiratoire. Sans souffler et sans aspirer, il doit parvenir à une modélisation de la ventilation pulmonaire. Comment pourriez-vous faire pour l’aider à l’aide de ces objets ? a) Qu’est-ce qu’un modèle en sciences ? : Un modèle est une représentation simplifiée de la réalité. b) Matériel : ou 14  c) Interprétation : INDIQUER quel organe est représenté par les différents objets et EXPLIQUER le fonctionnement du modèle. La bouteille représente la cage thoracique, le ballon un des deux poumons, le tuyau la trachée et le bonnet le diaphragme. Lorsque le bonnet est tiré vers le bas, le ballon gonfle car cela crée une dépression dans la bouteille. Lorsque l’on remonte le bonnet, le ballon se dégonfle. Le modèle montre la ventilation. d) COMPARER les deux mouvements de notre ventilation pulmonaire : Critères de comparaison L’inspiration L’expiration Modèle Réalité Modèle Réalité Modèle Réalité (matériel) Bouteille Côtes / Se soulèvent / S’abaissent Bonnet Diaphragme Tiré vers le Se contracte Pousse vers Se détend et bas et descend le haut remonte Bouteille Volume de la / Augmente / Diminue cage thoracique Ballon Volume des Augmentation Augmentation Diminution du Diminution du poumons du volume du volume volume volume 15  4) COMPOSITION DE L’AIR DURANT LA VENTILATION -À l’aide de vos connaissances, COMPARER et DIFFÉRENCIER l’air inspiré de l’air expiré. Composition de l’air pour 100 l (100%) Constituants de l’air Air inspiré Air expiré (= air atmosphérique) Dioxygène 21% 16.5 Dioxyde de carbone 0,03% 4.5 Azote 78% 78 Vapeur d’eau Variable Variable Autres gaz 0,07% 1 -Que constates-tu en analysant ce tableau ? À l’aide de vos observations, ÉTABLIR les relations existantes entre l’air inspiré et l’air expiré. Entre l’air inspiré et l’air expiré, la teneur des gaz varie de façon différente. Le dioxygène lui diminue (le O2 est consommé par nos cellules), le dioxyde de carbone augmente (CO2 est produit par nos cellules). Le restant ne varie pas ou très peu. La vapeur d’eau quant à elle augmente car nos cellules en rejettent également. En effet, lorsque l’on dit que l’on respire, ce sont en réalité nos cellules. Ce phénomène s’appelle la RESPIRATION CELLULAIRE, c’est-à-dire, lorsque nos cellules pour fonctionner, consomment des nutriments et du 02 pour produire comme déchets du CO2 et de la vapeur d’eau. (O2 ( = dioxygène) + glucose (= nutriments) -> énergie + CO2 (=dioxyde de carbone) + H20 (vapeur d’eau)) Déchets de la respiration cellulaire 16  5) LES ÉCHANGES GAZEUX 5.1. CITER dans l’ordre les organes traversés par l’air. Fosses nasales ou cavité buccale -> pharynx -> larynx ->trachée -> bronches -> bronchioles -> alvéoles pulmonaires. 5.2. OBSERVER les documents suivants : Sang Sang arrivant sortant 2 Teneur en gaz dissouts Quantité dans le sang Sang arrivant dans les Sang sortant des capillaires capillaires situés à la surface situés à la surface des des alvéoles pulmonaires alvéoles pulmonaires Constituant de l’air 12 ml 20 ml Dioxygène 48 ml 40 ml Dioxyde de carbone 1 ml 1 ml Azote 2 https://www.svtespinas.com/copie-de-5eme-p1-ca-2 17  a) D’après les documents et de ce que tu as compris, COLORIER le schéma précédent en respectant le code couleur suivant : Rouge = Sang enrichi en dioxygène (O2) et appauvri en dioxyde de carbone (CO2). Bleu = Sang enrichi en dioxyde de carbone (CO2) et appauvri en dioxygène (O2). b) Que peux-tu conclure des documents observés ? C’est au niveau des alvéoles pulmonaires que le dioxygène (O2) de l’air dont nous avons besoin, passe des alvéoles pulmonaires vers le sang pour rejoindre nos cellules alors que le dioxyde de carbone (CO2), produit par nos cellules, passe du sang vers les alvéoles pulmonaires pour être rejeté via l’air expiré. c) SCHÉMATISER les échanges gazeux au niveau d’une alvéole pulmonaire. 18  d) CITER les caractéristiques des alvéoles pulmonaires assurant ces échanges gazeux. Leur nombre important assure une grande surface d’échanges. Aussi, la paroi fine des alvéoles pulmonaires et le nombre important de capillaires sanguins irrigant les alvéoles pulmonaires assurent les échanges gazeux. 6) EXERCICES a) ASSOCIER à chaque organe du système respiratoire, la ou les maladie(s) correspondant aux infections possibles. g,c f a,d e b b) Répondre aux questions : -Quel est le lieu des échanges gazeux ? Les alvéoles pulmonaires -Quelle est la double membrane enveloppant chaque poumon ? La plèvre 19 -Quel est le carrefour entre les voies respiratoires et les voies digestives ? Le pharynx -Quelle est la relation entre le rythme respiratoire et l’activité physique ? Pourquoi ? Au plus l’activité physique augmente, au plus le rythme respiratoire augmente également. En effet, les cellules musculaire ayant davantage besoin de dioxygène (O2), nous ventilons dès lors plus rapidement pour en capter davantage. -Qu’est-ce qui protège l’ensemble de l’appareil respiratoire ? La cage thoracique (sternum, côtes et colonne vertébrale) 7) RETOUR SUR LA PROBLÉMATIQUE DE DÉPART… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 20  8) LE SYSTÈME RESPIRATOIRE D’AUTRES ÊTRES VIVANTS 8.1. L’escargot -CITER la différence entre le système respiratoire de l’homme et celui de l’escargot. -IDENTIFIER leur point commun. Leur respiration est tout deux pulmonaire mais l’escargot n’a qu’un seul poumon a replis et non des alvéoles. -Pourquoi l’orifice respiratoire s’ouvre-t-il et se referme-t-il ? Le pneumostome s’ouvre et se ferme pour faire entrer et sortir l’air. 21 -COMPLÉTER le schéma fonctionnel de la respiration de l’escargot. Le pneumostome -DÉCRIRE la respiration de l’escargot. L’escargot dispose d’une respiration pulmonaire (comme les mammifères, les gastéropodes, les oiseaux, les amphibiens et les reptiles). L’orifice respiratoire est le pneumostome. L’organe respiratoire est le poumon à replis. Enfin, le lieu des échanges gazeux est entre le replis du poumon et le sang. 22 8.2. Le criquet -Quel est l’orifice respiratoire du criquet ? Les stigmates -N’ayant pas de diaphragme, que doit faire le criquet afin de faire entrer et sortir l’air ? Contracter et relâcher son abdomen pour faire entrer et sortir de l’air. 23 -Quel est le rôle des trachées ? Transporter l’air jusqu’aux muscles. -SCHÉMATISER la respiration du criquet. Stigmate Animal Trachée Muscle Trajet de l’air Passage du CO2 Passage du 02 -DÉCRIRE la respiration du criquet. Le criquet dispose d’une respiration trachéenne (comme les insectes et les arachnides). L’orifice respiratoire est le stigmate (plusieurs). Quant à l’organe respiratoire, il s’agit de la trachée. Enfin, le lieu des échanges gazeux est les trachéoles (pas de passage vers le sang. Les échanges sont directs avec les cellules). 24 8.3. Le ver de terre Le ver de terre n’a pas d’appareil respiratoire à proprement dit. Si on le place au soleil, il se dessèche et meurt rapidement. En effet, sa peau doit être maintenue humide pour pouvoir respirer. C’est au travers de celle-ci que s’effectuent les échanges gazeux. La peau est parcourue par un nombre important de vaisseaux sanguins. -Quelle sont les conditions permettant au ver de terre de respirer ? La peau doit être maintenue humide. 25 - SCHÉMATISER la respiration du lombric. Animal Peau Trajet air Sang enrichi en O2 et appauvri en CO2 Passage O2 Passage CO2 Sang enrichi en CO2 et appauvri en O2 - DÉCRIRE la respiration du ver de terre. Le ver de terre dispose d’une respiration cutanée (comme les annélides et amphibiens). L’organe respiratoire est la peau (intègrement). Enfin, lieu d’échanges gazeux s’effectuent directement entre la peau et le sang. 26