La fonction respiratoire chez l’Homme

Introduction

Manifestement, la respiration chez l’Homme est l’ensemble des mouvements respiratoires réguliers, visibles au thorax, et qui entraînent une inspiration puis une expiration de l’air à travers les voies respiratoires.
Cependant, le progrès scientifique a montré que les tissus de nos organes respirent.

Que se passe – t – il alors au-delà des poumons ?
Comment se font les échanges respiratoires au niveau pulmonaire ?
Comment protéger notre appareil respiratoire ?

I- Echanges de gaz respiratoires au niveau des organes

Dans le but de mettre en évidence la respiration au niveau des organes, on propose l’expérience suivante :

1) Expérience :

Voire document ci-contre.

A) Résultats :

A la fin de l’expérience :
Dans le bocal « A » contenant le muscle frais, l’eau de chaux est devenue trouble.
Dans le bocal « B » ne contenant pas le muscle frais, l’eau de chaux est restée claire.

B) Interprétation :

Dans le bocal « A », l’eau de chaux est devenue trouble car les cellules qui forment le tissu musculaire ont dégagé le CO₂.
Dans le bocal « B », l’eau de chaux est restée claire : c’est une expérience témoin : sans muscle.

C) Conclusion :

Les cellules musculaires respirent, et donc elles absorbent le O₂ et libèrent le CO₂.
Mais d’où vient le O₂ et où va le CO₂ ?

2) Analyse du sang entrant et sortant d’un muscle :

A) Tableau comparatif :

En sortant du muscle, le volume de O₂ dans le sang diminue, mais le volume de CO₂ augmente.

Doc. 9 | la mise en évidence de la respiration au niveau d’un organe

B) Conclusion :

Doc. 7 : Comparaison du sang entrant et sortant du muscle.

Doc. 10 Les échanges gazeux entre les organes et le sang

Question : Comment se fait alors cette respiration ?

3) Mécanisme des échanges respiratoires au niveau des cellules :

En entrant dans un organe, les artères se ramifissent en un réseau dense de capillaires sanguins, dont la paroi est bien mince. Le contact est alors important entre les cellules et le sang ; ce qui permet des échanges gazeux respiratoires entre le sang et les tissus.

A- Activité :

1) Transformez les données du doc. 4 page 43, Univers, en tableau avec des valeurs numériques.
2) Comparez la pression des gaz respiratoires dans le sang entrant et le sang sortant des tissus.
3) Précisez le sens de diffusion des gaz respiratoire au niveau d’un tissu.
4) Comparez la pression des gaz respiratoires dans le sang sortant à celle dans le milieu interstitiel. Justifiez.
5) En déduisez le facteur responsable de cette répartition.

B- Bilan :

1)

2) La P(O₂) dans le sang entrant est plus importante que dans le sang sortant. Contrairement, la P(CO₂) dans le sang entrant est faible par rapport à celle dans le sang sortant.
3) Au niveau d’un organe, le O₂ quitte les capillaires sanguins (pression élevée) et passe dans le tissu (pression faible), alors que le CO₂ quitte le tissu et passe dans le sang.
4) La pression des gaz respiratoires dans le sang sortant s’approche de celle dans le milieu interstitiel pour établir l’équilibre.
5) C’est la différence de pression qui permet ces échanges gazeux, selon le principe de diffusion des gaz.

Question : Où est-ce que le sang s’approvisionne de O₂ et libère le CO₂ ?

II- Les échanges respiratoires au niveau des poumons :

Supposons que cela se passe au niveau des poumons, mais comment le confirmer ?

1) Analyse du sang entrant et sortant des poumons:

A- Activité :

1) Comparez le volume de O₂ dans le sang entrant et le sang sortant des poumons.
2) Comparez le volume de CO₂ dans le sang entrant et le sang sortant des poumons.
3) Qu’en déduisez-vous ?

Doc. 6 : Comparaison du O₂ et du CO₂ dans le sang traversant les poumons

B- Bilan :

1) Le volume de O₂ dans le sang sortant est plus important que dans le sang entrant aux poumons.
2) Le volume de CO₂ dans le sang entrant est plus important que dans le sang sortant des poumons.
3) Au niveau des poumons, s’effectuent des échanges gazeux respiratoires : le sang s’enrichit de O₂ et s’appauvrit en CO₂.

2) Organes et structures responsables de la respiration pulmonaire :

Chez l’Homme, l’appareil respiratoire est constitué de :
Voies respiratoires : l’air inspiré par le nez (ou la bouche) descend dans la trachée, puis pénètre dans chaque poumon par une bronche pour atteindre enfin les alvéoles pulmonaires. L’air expiré parcourt ces mêmes voies mais en sens inverse.
Deux poumons : constitués d’un tissu mou, spongieux et de couleur rose. L’alvéole est l’unité structurelle la plus petite des poumons. Les alvéoles pulmonaires se caractérisent par :
– présence de dense réseau de capillaires sanguins.
– paroi alvéolaire bien mince (50 µm), favorisant la traversée des gaz.
– grande surface d’échange entre le sang et l’air alvéolaire (70 m²), assuré par environ 300 million d’alvéoles par poumon.

Ces caractéristiques permettent les échanges gazeux respiratoires entre les capillaires sanguins et l’air alvéolaire.

2) Mécanisme de la respiration alvéolaire :

A- Activité :

B- Bilan :

1) La (PO₂) dans le sang entrant aux alvéoles est faible par rapport à celle dans l’air alvéolaire.

Par contre, la (PCO₂) dans le sang entrant aux alvéoles est élevée par rapport à celle dans l’air alvéolaire.

2) La (PO₂) et la (PCO₂) dans le sang sortant des alvéoles sont les mêmes que celles dans l’air alvéolaire.

3) Le O₂ passe de l’air alvéolaire, où la (PO₂) est plus élevée : 13.3 Kpa, vers le sang entrant aux alvéoles, où la (PO₂) est moins élevée : 5.3 Kpa.
Le CO₂ passe du sang entrant aux alvéoles, où la (PCO₂) est plus élevée : 6.1 Kpa, vers l’air alvéolaire, où la (PCO₂) est moins élevée : 5.3 Kpa.

Pour maintenir l’écart entre les deux pressions, (PO₂) et (PCO₂), de part et d’autre de la paroi alvéolaire, l’air alvéolaire doit être continuellement renouvelé par des mouvements respiratoires : inspiration et expiration.

III- Les cellules produisent de l’énergie :

Lors des échanges respiratoires dans les poumons, le sang s’enrichit de O₂ et rejette le CO₂.

Quel sera alors le devenir de O₂ absorbé ?
Et quelle est l’origine du CO₂ rejeté ?

1) Activité :

EXERCICE 2

L’assimilation cellulaire est l’utilisation des nutriments comme source d’énergie par la cellule.

Le schéma ci-contre montre l’énergie fabriquée par les cellules à partir des nutriments et de IO₂⁻.

1. Déterminer les besoins de la cellule.
2. Que produit la cellule ?
3. Que rejette la cellule ?
4. Donner l’équation chimique simplifiée de l’oxydation du glucose.

Sachant que :
– 200 milliards de globules rouges meurent par jour mais leur nombre dans le sang reste invariable.
– Le renouvellement complet de la peau se fait en 30 jours.
– La température des muscles squelettiques pendant l’effort physique peut atteindre 41 voire 42°C.
5. Comment expliquer le concept de l’assimilation cellulaire ?

2) Bilan :

1) La cellule a besoin d’oxygène et des nutriments : glucose, acides aminés ….
2) La cellule produit de l’énergie nécessaire à son activité.
3) La cellule rejette du CO₂ et des déchets.
4) Les cellules de notre organisme emmagasinent le glucose sous forme de glycogène. En cas de Besoin, ce dernier est hydrolysé de nouveau en glucose, utilisable par les cellules. Ainsi se passe une réaction chimique entre le glucose et le dioxygène dite Oxydation.

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + Energie

5) A partir des acides aminés et de l’énergie produite par cette oxydation, et suite à un programme génétique précis, la cellule synthétise de nouvelles matières organiques (nouvelles protéines) pour assurer la construction et le renouvellement de différents tissus de notre corps. Le phénomène est appelé : Assimilation cellulaire. Une partie de cette énergie produite est dissipée sous forme de chaleur.

3) Conclusion :

Si la respiration pulmonaire assure les échanges gazeux entre l’organisme et le milieu extérieur, la respiration cellulaire est le processus qui permet aux cellules vivantes de démanteler le nutriment organique, notamment le glucose, en présence de O₂ pour libérer de l’énergie indispensable à l’activité de la cellule, sa construction et son renouvellement, et par la suite sa vie et sa continuité.

IV- Protection de l’appareil respiratoire :

Vu l’intérêt du système respiratoire, d’abord il faut être conscient des dangers qui le menacent, puis adopter les moyens de prévention nécessaires.

1) Quelques dangers menaçants :

Le tabagisme : par ses nombreux méfaits, la cigarette nuit gravement au fonctionnement de l’appareil respiratoire, provocant le cancer des poumons et de la gorge, en diminuant les performances physiques et en irritant les voies respiratoires en général.

La tuberculose : maladie chronique provoquée par une bactérie, et touche principalement les poumons. Les syndromes sont nombreux : perte d’appétit, toux, fatigue, faiblesse, perte de poids …..

La pollution atmosphérique : notre atmosphère peut contenir certains polluants néfastes tels que le dioxyde de soufre (SO₂), le monoxyde de carbone (CO), le benzène …..

Une exposition prolongée à ces polluants favorise les infections et le développement des cancers.

2) Quelques moyens préventifs :

S’abstenir au danger du tabagisme, direct ou indirect.

Eviter de s’exposer à des personnes atteintes de la tuberculose.

Prévenir la pollution en se vaccinant avec la BCG.

Contribuer à diminuer des pollutions.

Programmer des sorties régulières dans des forets.

Pratiquer du sport.

Utiliser des masques protecteurs si besoin est.