Le renouvellement du dioxygène

CHAPITRE
4
Le renouvellement
du dioxygène
Cette photographie peut
être utilisée pour permettre
aux élèves d’évoquer
la nécessité pour l’Homme
de s’approvisionner en air
pour conserver son activité.
Ce premier niveau de
réflexion doit être élargi
en faisant appel à des
connaissances établies
à l’école primaire et/ou
au cours des chapitres
précédents :
– respirer c’est absorber
du dioxygène et rejeter
du dioxyde de carbone ;
– l’occupation d’un milieu,
par un être vivant, est liée
à sa capacité à y respirer
c’est-à-dire à y prélever
du dioxygène.
Les informations prélevées
sur cette photographie
conduisent à formuler
le problème : « Comment
le dioxygène entre-t-il
dans l’organisme ? »
2
CHAPITRE 4
Programmes officiels
Classe de cinquième
Notions-Contenus
Compétences
Exemples d’activités
Le dioxygène utilisé
en permanence par les organes
provient de l’air.
[Physique-Chimie : composition
de l’air, description moléculaire]
Par des mouvements
respiratoires, l’air arrive dans
les alvéoles pulmonaires où a
lieu le passage du dioxygène
dans le sang.
Le passage du dioxygène est
facilité par une grande surface
alvéolaire richement
vascularisée.
Décrire le trajet du dioxygène
jusqu’au sang.
Décrire le trajet de l’air
sur une image ou un schéma
de l’appareil respiratoire.
Expliquer l’arrivée d’air dans
les alvéoles.
Établir un premier schéma
fonctionnel d’une alvéole
pulmonaire.
Relier certaines caractéristiques
de la paroi alvéolaire au passage
du dioxygène dans le sang.
Mesurer le volume de dioxygène
dans l’air inspiré et dans l’air
expiré (ExAO).
Déduire le passage
du dioxygène dans le sang
par comparaison de données
chiffrées.
I – comparaison de la composition
de l’air inspiré à celle de l’air expiré.
Re – mesure du volume de dioxygène
dans l’air inspiré et dans l’air expiré
(ExAO).
I – description des mouvements
respiratoires.
I – observation d’un appareil
respiratoire sur un animal,
sur un écorché.
C – annotation d’un schéma
de l’appareil respiratoire humain.
Ra – comparaison de la quantité
de dioxygène dans le sang entrant
et sortant des poumons.
I – observation d’alvéoles
pulmonaires au microscope.
C – réalisation d’un schéma
d’une alvéole pulmonaire.
Des substances nocives, plus ou
moins abondantes dans
l’environnement, perturbent le
fonctionnement de l’appareil
respiratoire. Elles favorisent
l’apparition de certaines
maladies.
[Thèmes : Santé, Environnement
durable]
[Physique-Chimie : filtration]
[Technologie : matériaux, thème
environnement et énergie]
Relier des perturbations
du fonctionnement de l’appareil
respiratoire à la présence
de substances nocives.
I – comparaison de photos
ou de coupes de poumons de fumeur
et de non-fumeur.
Re – mise en évidence des dépôts
de goudrons sur un filtre.
I – recherche des effets
des substances contenues
dans la cigarette sur l’appareil
respiratoire. [B2i]
Ra – mise en relation de la fréquence
de certaines maladies avec
des pollutions de l’air. [B2i]
Les acquis de l’école primaire
Programme officiel
paru au B.O. hors série n° 1 du 14 février 2002 consultable sur le site du B.O. :
http://www.education.gouv.fr/bo/2002/hs1
Au cycle 3
Le corps humain et l’éducation à la santé
• Première approche des fonctions de nutrition (digestion, respiration et circulation).
• L’éducation à la santé est liée à la découverte du fonctionnement du corps en privilégiant les conditions de
maintien du corps en bonne santé.
• Conséquences à court et long terme de notre hygiène ; actions bénéfiques ou nocives de nos comportements
(notamment dans l’alimentation).
• Principes simples de secourisme : porter secours, en identifiant un danger, en effectuant une alerte complète,
en installant une personne en position d’attente.
Documents d’accompagnement
fiches 12 et 13, cycles 2 et 3 consultables sur le site du CNDP :
http://www.cndp.fr/, à la rubrique « Enseigner primaire secondaire »
CHAPITRE 4
3
ACTIVITÉ 1
L’air, une source
de dioxygène pour l’organisme
édu
c
CHAPITRE 4
é
4
t
an
Les objectifs visés
➤ Cette activité à pour but de montrer :
– que pour l’Homme la source de dioxygène est l’air du milieu dans lequel il vit ;
– que la qualité de l’air est modifiée selon le milieu (exemple de la raréfaction du dioxygène en
altitude), par l’activité de l’Homme et ses comportements : gaz d’échappement des voitures,
rejets industriels dans l’atmosphère, fumée de cigarette… L’accumulation de substances
toxiques dans l’air respiré est à l’origine de perturbations du fonctionnement de l’appareil
respiratoire.
➤ Il est évident que c’est à partir de cette activité que sont construites les bases biologiques
indispensables au développement de l’esprit critique des élèves face à des comportements à
risque comme le tabagisme.
Connaissances construites
➤ Le dioxygène utilisé par l’organisme est prélevé dans l’air qui nous entoure.
➤ Des substances nocives, plus ou moins abondantes dans l’environnement,
ion à la s
at
perturbent le fonctionnement de l’appareil respiratoire.
Elles favorisent l’apparition de certaines maladies.
Capacités et compétences développées
Mesurer le volume de dioxygène dans l’air inspiré et dans l’air expiré
(documents a et b). (Re)
● Relier des perturbations du fonctionnement de l’appareil respiratoire
à la présence de substances nocives dans l’air inspiré (documents c, d, f, g, h). (Ra)
●
Réponses aux questions posées
1 La teneur en dioxygène de l’air inspiré et plus importante (+ 2,9 %)
que la teneur en dioxygène de l’air expiré. Cette différence signifie
que du dioxygène est prélevé de l’air.
2 On peut penser que le mal des montagnes est dû au manque de dioxygène
en altitude.
3 Les poumons d’un non-fumeur sont rouge tandis que les poumons
d’un fumeur sont gris. Des goudrons contenus dans la fumée de cigarette
se sont déposés dans les poumons.
4 Une personne qui fume depuis longtemps peut avoir des crises de toux
et d’asthme. L’origine de ce problème est la nicotine, contenue dans la cigarette,
qui entraîne la contraction des bronches. Cette personne prélève moins
de dioxygène dans l’air, à cause du monoxyde de carbone. Ce fumeur risque
aussi de développer un cancer. Ceci est dû aux substances cancérigènes contenues
dans la cigarette.
5 Le poumon est le lieu d’approvisionnement du dioxygène dans l’organisme.
Matériel et mise en œuvre
Matériel ExAO : Logiciel RespiHom (Jeulin), VTT_numérique avec le logiciel
Respi-VTT ou Echange-VTT (Jeulin), logiciel Mesura (Pierron) ou sonde Orphy
(Micrélec) avec sonde à oxygène.
● Un morceau de coton, une bouteille d’eau avec son bouchon, de la pâte à
modeler.
●
Réaliser
1) Prendre une bouteille d’eau en plastique d’1 L
et la remplir d’eau du robinet.
2) Au niveau du goulot, mettre un morceau
de coton.
3) Percer un trou dans le bouchon de la bouteille
pour y faire passer une cigarette.
4) Fermer la bouteille avec le bouchon et assurer
l’étanchéité avec de la pâte à modeler.
5) Allumer la cigarette.
6) Percer le bas de la bouteille afin que l’eau
s’écoule et fasse un appel d’air permettant
la combustion de la cigarette.
Penser à mettre la bouteille dans un évier
ou un cristallisoir permettant de recueillir l’eau
de la bouteille.
Astuces
• On peut compléter l’étude de photos de
poumons de personne non-fumeur et fumeur
par l’observation de coupes de poumons
commercialisées :
– http://www.laboratoire-nublat.com/
(préparations microscopiques) ;
– Jeulin (préparations microscopiques) ;
– Pierron (diapositives).
• Des recherches sur les effets des substances
toxiques, contenues dans la fumée de cigarette,
ou sur l’appareil respiratoire peuvent être
réalisées en petits groupes sur divers sites
Internet afin d’apprendre à réaliser un compterendu à l’aide d’un traitement de texte. [B2i]
http://www.acbordeaux.fr/Primaire/sante/effets.htm
http://www-tabac-net.ap-hop-paris.fr/tabconnaitre/tc-article/tc-art-action-fumee.html
L e s d o c u m e n t s d u m a n u e l s o n t à p r o j e t e r à p a r t i r d u C D - Ro m .
CHAPITRE 4
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ACTIVITÉ 2
Le renouvellement de l’air
dans les poumons
Les objectifs visés
➤ Cette activité permet aux élèves de comprendre que le réapprovisionnement en
dioxygène de l’organisme passe par le renouvellement de l’air au niveau des
alvéoles pulmonaires.
➤ Cette connaissance est construite progressivement par :
— la comparaison des états de l’appareil respiratoire à l’inspiration puis à
l’expiration ;
— l’étude de la variation du volume d’air contenu dans les poumons ;
— la réalisation du schéma de la circulation de l’air dans les poumons.
➤ Progressivement, au cours de cette activité, l’anatomie de l’appareil respiratoire
est mise en évidence.
Connaissances construites
➤ Par des mouvements respiratoires, l’air arrive dans les alvéoles pulmonaires.
➤ L’air arrive dans les alvéoles pulmonaires en passant par la bouche ou les fosses
nasales, la trachée, les bronches et les bronchioles pour arriver dans les alvéoles
pulmonaires.
6
CHAPITRE 4
Capacités et compétences développées
Décrire le trajet de l’air sur une image ou un schéma de l’appareil respiratoire
(documents a, b, c, d, e). (I)
● Expliquer l’arrivée d’air dans une alvéole pulmonaire (documents a, b, e). (C)
●
Réponses aux questions posées
1 À l’inspiration le volume pulmonaire augmente. À l’expiration, il diminue.
2 Les phases d’inspiration sont les pics orientés vers le haut.
Les expirations sont les pics vers le bas.
3 L’air passe des fosses nasales (ou de la bouche) à la trachée, les bronches, les
bronchioles et les alvéoles pulmonaires. Puis il fait ce trajet en sens inverse.
Matériel et mise en œuvre
● Matériel ExAO :
– Logiciel RespiHom (Jeulin),
– VTT_numérique avec le logiciel Respi-VTT ou Echange-VTT (Jeulin),
– logiciel Mesura (Pierron) ou sonde Orphy (Micrélec) avec sonde volumétrique
pour observer les variations du volume d’air circulant dans les poumons à
l’inspiration et l’expiration.
Si ce matériel n’est pas disponible, il existe un logiciel téléchargeable
gratuitement : Pulmo.
http://svtolog.free.fr/bioa/pulmo/index.htm
● Un petit mammifère comme la souris pour observer l’appareil respiratoire.
Cette dissection ne prend pas beaucoup de temps mais est souvent une première
pour les élèves de cinquième. Cela leur permet de se préparer à la prochaine
dissection, de l’appareil digestif, plus longue et difficile. Il est possible de congeler
les animaux déjà disséqués pour garder l’appareil digestif. Ce qui permet un gain
de temps et d’argent lors de la prochaine dissection.
Cette dissection peut être réalisée par les élèves en groupe de deux ou trois.
● Pour étudier les mouvements respiratoires, il existe des petites animations flash
disponibles gratuitement :
http://www.biologieenflash.net/sommaire.html.
Ces animations sont consultables sur le site mais ne sont pas téléchargeables.
L e s d o c u m e n t s d u m a n u e l s o n t à p r o j e t e r à p a r t i r d u C D - Ro m .
CHAPITRE 4
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ACTIVITÉ 3
Le passage du dioxygène
dans le sang
Les objectifs visés
➤ Cette activité permet de découvrir les caractéristiques de la paroi des alvéoles
pulmonaires facilitant le passage du dioxygène dans le sang.
➤ Des observations à différentes échelles permettent à l’élève d’établir :
– les relations entre les alvéoles pulmonaires et les capillaires sanguins ;
– un schéma fonctionnel du fonctionnement d’une alvéole en localisant le lieu
de passage du dioxygène dans le sang.
Connaissances construites
➤ Le passage du dioxygène dans le sang se fait au niveau des alvéoles
pulmonaires.
➤ Le passage du dioxygène dans le sang est facilité au niveau des alvéoles
pulmonaires par :
– la finesse de la paroi alvéolaire ;
– une vascularisation importante ;
– une très grande surface.
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CHAPITRE 4
Capacités et compétences développées
Établir un premier schéma fonctionnel d’une alvéole pulmonaire.
(document f). (C)
● Relier certaines caractéristiques de la paroi alvéolaire au passage du dioxygène
dans le sang (documents a, c, d, e). (Ra)
● Déduire le passage de dioxygène dans le sang par comparaison de données
chiffrées (document b). (Ra)
●
Réponses aux questions posées
1 La quantité de dioxygène dans le sang entrant dans les poumons est moins
importante que la quantité de dioxygène dans le sang sortant des poumons.
Le sang est enrichi en dioxygène en passant par les poumons.
2 Le vaisseau sanguin transportant le sang enrichi en dioxygène est le vaisseau
sanguin sortant des poumons. Le vaisseau sanguin transportant le sang pauvre
en dioxygène est le vaisseau sanguin entrant.
3 La quantité de dioxygène prélevé au niveau des poumons par jour est de :
(200 – 120) x 7 000 = 560 000 mL/J soit 560 L/J.
4 La distance que doit parcourir le dioxygène pour passer de l’intérieur de l’alvéole
pulmonaire à l’intérieur du capillaire sanguin est de 5 µm.
5 Les caractéristiques de la paroi alvéolaire facilitant le passage du dioxygène
dans le sang sont :
– une grande surface d’échange ;
– une riche vascularisation ;
– une très fine paroi.
Matériel et mise en œuvre
Lame de poumon afin d’observer les alvéoles pulmonaires.
Pour illustrer le passage du dioxygène dans le sang au niveau des alvéoles
pulmonaires, il existe des petites animations flash disponibles gratuitement :
http://www.biologieenflash.net/sommaire.html.
Ces animations sont consultables sur le site mais ne sont pas téléchargeables.
●
●
L e s d o c u m e n t s d u m a n u e l s o n t à p r o j e t e r à p a r t i r d u C D - Ro m .
CHAPITRE 4
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Appliquer ses connaissances
EXERCICES
2 L’appareil respiratoire humain
sang enrichi
en dioxygène
air riche
en dioxygène
air appauvri
en dioxygène
dioxygène
paroi de
l'alvéole
vaisseau
sanguin
air inspiré
air expiré
sang appauvri
en dioxygène
fosses
nasales
poumon
trachée
bronche
bronchiole
alvéoles
3 Une maladie respiratoire causée par la cigarette
1. L’ouverture de la bronche est moins grande chez une personne broncho-pneumopathique
que chez une personne normale.
2. La personne souffrant de broncho-pneumopathie est essoufflée car elle a des difficultés
à faire entrer l’air dans ses poumons, l’ouverture des bronches étant plus petite.
3. Ces difficultés respiratoires limitent les capacités physiques de la personne.
Elle ne peut avoir d’activité physique trop soutenue car son organisme a des difficultés
à prélever du dioxygène indispensable au fonctionnement des organes.
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CHAPITRE 4
4 La fibrose pulmonaire, une maladie respiratoire
1. Une alvéole pulmonaire est un petit sac situé à l’extrémité des bronchioles.
2. Chez un sujet atteint de fibrose, les alvéoles sont pleines et ont une paroi épaisse.
3. Le dioxygène ne peut pas passer facilement dans le sang. Les personnes atteintes de fibrose
ont des difficultés à prélever le dioxygène de l’air. Leur organisme est mal approvisionné en
dioxygène.
5 Risque de cancer et tabagisme
1. Le risque de cancer pour un non-fumeur est proche de 0 (unité arbitraire).
2. Le risque de cancer pour une personne fumant 35 cigarettes est de 82.
3. Plus la consommation de cigarette est importante plus le risque de cancer est élevé.
6 Le prélèvement de dioxygène dans l’air
1. La différence de teneur en dioxygène de
l’air entrant et sortant des poumons est de
3 %.
2. Le dioxygène passe dans le sang au niveau
des alvéoles pulmonaires.
3. Schéma ci-contre.
sang sortant
air alvéolaire
capillaire
sanguin
dioxygène
sang sortant
7 L’expérience de Bichat, médecin et biologiste français
1. Bichat place le robinet au niveau de la trachée de l’animal.
Ce robinet a pour rôle de permettre ou empêcher le passage de l’air dans les poumons.
Il permet aussi d’injecter différents gaz dans les poumons.
2. Bichat caractérise le sang riche en dioxygène de sang rouge et le sang appauvri
en dioxygène de sang noir.
3. Le sang devient noir très rapidement si on empêche le passage de l’air dans les poumons
après une expiration. Il devient noir plus lentement après inspiration. Le dioxygène est
donc prélevé pendant l’inspiration.
CHAPITRE 4
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