SCIENCES DE LA VIE

Introduction - Rappel des acquis
Bordas, répondre aux questions de 1 à 6, p. 114 et 115.
A savoir parfaitement, Bordas, p. 116-117.

Fiche 1 - Les fonctions assurées par l'organisme vivant
La fiche à compléter téléchargeable

• On définit l'organisme, comme un ensemble d’organes regroupés en systèmes ou appareils réalisant une fonction assurant les besoins des cellules. Le fonctionnement de l'organisme doit être étudié à différentes échelles : appareils, organes, cellules et au niveau des interactions entre différents appareils ou différents organes.
• La fonction de nutrition, qui caractérise les êtres vivants, consiste à prélever de la matière dans le milieu extérieur et à l’utiliser pour leur développement et leur croissance. La nutrition apporte à l’être vivant matière et énergie.
  • La respiration désigne tous les processus allant de l’échange de dioxygène et de dioxyde de carbone entre un organisme et son environnement à la dégradation complète des nutriments pour la production d'énergie au niveau cellulaire.
  • La circulation (dans le acdre de notre étude) assure le transport et la distribution des gaz et des nutriments, elle concerne la mise en mouvement et le trajet du sang dans l'organisme

Fiche 2 - Autour du métabolisme cellulaire - Schéma
La fiche en noir et blanc, à compléter, téléchargeable
La fiche couleur, à compléter, téléchargeable

En complément - Le fonctionnement et les besoins d'un organe : le muscle - Schéma bilan animé

I. Relations entre activité physique et paramètres physiologiques

A. L'effort physique est associé à la variation de l'activité des systèmes circulatoire et respiratoire.
TP ExAO (Matériel Jeulin, Phyeff) et pour compléter Bordas, doc 2b, c et d, Q 2 à 5, p. 119.

• Fiche TP. 1 • Exemple interprété obtenu par un binôme.
• Un effort musculaire croissant modifie le comportement de l'organisme :
  • il provoque une augmentation du volume de dioxygène consommé
  • une augmentation de la fréquence cardiaque

B. L'augmentation de l'activité physique s'accompagne d'un accroissement de la consommation de dioxygène et de nutriments par les cellules musculaires.

1. Mesure de la relation entre l'effort physique et la consommation de dioxygène.
TP ExAO (matériel Jeulin, Respihom)

• Fiche TP. 2 • Exemple interprété obtenu par un binôme et accès à une Fiche d'interprétation.
• On différencie la consommation de dioxygène liée au fonctionnement de l'organisme au repos de celle liée à l'effort.
• On peut en complément réfléchir sur les mesures faites et apprécier par le calcul :
  • l'énergie nécessaire au fonctionnement du muscle et celle libérée par l'utilisation du dioxygène consommé
  • le rendement musculaire
  • l'efficacité du système respiratoire (calcul de ER, équivalent respiratoire).

2. La consommation de dioxygène se fait au niveau des tissus.
Bordas. Mettre en relation les doc. 1a et 1d puis 1b et c, p. 128-129, pour résoudre les Questions 1 à 3 (sans décalquer le graphe mais en mettant en relation avec le document b).

3. Les besoins en métabolites au niveau cellulaire lors d'un effort physique.
Bordas, Structure du tissu musculaire p. 136 et Expérimentation p. 137

• Observation microscopique de cellules musculaires et exploitation des documents.

Après avoir pris connaissance de la structure macroscopique puis microscopique du muscle (p. 136), comparer les apports et les disponibilités en dioxygène et en métabolites au niveau des cellules musculaires (p. 137). Pour en savoir plus (fonctionnement des fibres musculaires hors programme). L'augmentation de l'activité physique s'accompagne d'un accroissement de la consommation de dioxygène et de nutriments. Toutes les cellules de l'organisme ont besoin d'énergie en permanence pour réaliser leurs activités. Les cellules musculaires, mises en jeu lors d’une activité physique, se procurent l'énergie nécessaire à partir des nutriments. Ces nutriments sont alors oxydés pour en extraire l'énergie qu'ils contiennent ; cette oxydation nécessite un apport en dioxygène. C'est la respiration :

Glucose (C₆H₁₂O₆) + 6 0₂ 6 CO₂ + 6 H₂O + ENERGIE

Au sein de l'organisme, les cellules prélèvent dans le sang, des nutriments, même au repos. Ces nutriments nécessaires sont apportés par l’alimentation mais la prise d’aliments est irrégulière (3 repas en moyenne) alors que les besoins sont constants. En conséquence, l'organisme constitue des réserves stockées dans les cellules musculaires ( glycogène + Triglycérides), les cellules hépatiques (glycogène) et les cellules adipeuses (triglycérides). Comme les réserves sanguines sont abondantes, elles permettent à l'organisme de satisfaire les besoins des cellules sans s’alimenter en permanence. Pour en savoir plus sur le stockage des réserves (hors programme). Au cours de l'effort, la consommation de nutriments augmente d’autant plus que l'effort est intense et prolongé. Les cellules puisent, alors, la quantité supplémentaire de glucose dont elles ont besoin dans les réserves de glucose de l'organisme (muscles, foie).

D'après M. Quinanzoni

II. Couplage entre l'activité cardio-respiratoire et l'apport du dioxygène aux muscles

A. Les adaptations respiratoires.

• L'appareil respiratoire
  • Schéma muet à compléter
  • Schéma légendé

1. Ventilation pulmonaire et débit pulmonaire.
TP ExAO (Matériel Jeulin Spirom)

• TP. 3 - Les adaptations respiratoires à une augmentation des besoins en dioxygène des muscles
• Fiche T.P.
• Interprétation des résultats
  Complétés si nécessaire des informations du manuel Bordas, doc. 2b, c et d, Q 2 et 3, p. 121.
  • Exemple corrigé obtenu par un binôme.
  • Comment l'appareil respiratoire s'adapte-t-il aux variations de la demande en dioxygène (spirographie).
    • Mesure de la fréquence respiratoire
    • Mesure du volume d'air ventilé par respiration lié à l'amplitude des mouvements
    • Mesure du débit respiratoire en l/min
  • Comment l’anatomie de l'appareil respiratoire permet-elle de faire varier à la demande le volume d'air ventilé par respiration (spirométrie).
    • Notion de respiration normale et de respiration forcée.
    • Document "La ventilation pulmonaire"
• Les données obtenues chez un sportif de haut niveau
  Bordas, doc. 2c et d, Q 2 et 3, p. 123.

2. Recharge et décharge du sang en dioxygène.

• Pendant l'effort, on observe :
  1. Une augmentation de la quantité de sang envoyée au poumon et aux organes actifs (cœur, muscles) par augmentation du débit cardiaque
  2. Une augmentation de la fréquence respiratoire donc du débit ventilatoire donc de la quantité d'air qui pénètre dans les poumons.
• Comment ces modifications permettent-elles d'apporter plus de dioxygène aux cellules musculaires en activité ?
• Schéma montrant l'anatomie de l'appareil respiratoire humain. Bordas, doc. 4, p. 115 et

a) Les échanges gazeux au niveau des alvéoles pulmonaires = recharge du sang en dioxygène.
+ Fiche complémentaire, document 1 et Bordas, doc. 1a et 2b-c p. 130 - 131.

L’organisme possède 300 millions d’alvéoles ce qui représentent une surface totale de 80 à 100 m2. Leur paroi formée d'une seule couche de cellules forme le lieu d'échange entre l'air et le sang. Chaque jour 100 000 l d’air circulent dans ces alvéoles. Les lois de la diffusion : pressions partielles en O2 Dans un mélange de gaz comme l’air, chaque gaz exerce une pression en fonction de sa concentration : pour le dioxygène la concentration est de 21% dans l’atmosphère et la pression totale de l’atmosphère est de 760mmHg donc on calcule la pression exercée par le dioxygène dans l’atmosphère : 0,21 x 760 = 160 mmHg. Au niveau des alvéoles pulmonaires, les pressions relatives des gaz alvéolaires et sanguins entraînent un passage par simple diffusion du dioxygène vers les capillaires pulmonaires, et du dioxyde de carbone vers les cavités alvéolaires.

b) L'oxygénation des organes pendant l'effort = décharge du sang en dioxygène.
+ Fiche complémentaire, documents 2 et 3 et Bordas, doc. 1a p130.

c) Schéma bilan

B. Les adaptations circulatoires.

• TP. 4 - La circulation du sang dans le cœur se fait dans un seul sens et les sangs oxygéné et non-oxygéné ne se mélangent pas - La dissection du cœur.
• Fiche T.P.
• TP. 5 - La circulation sanguine dans notre organisme
• Fiche T.P.

1. La circulation du sang au sein des cavités cardiaques se fait dans un seul sens.
Bordas, p. 124-125.

a) Les structures impliquées Le milieu intérieur La forte densité de capillaires sanguins au niveau des muscles Des muscles circulaires ouvrent et ferment l’entrée des capillaires. Bordas, doc. 1a, p. 128, Q 1, p. 129. La circulation sanguine se fait en sens unique Angiographie et scintigraphie Bordas, doc. 1b et c, p. 124. Utiliser les questions 1 et 2 pour analyser les documents. b) La dissection du coeur Corrigé du T.P. à la rubrique "Fiches et documents" c) Le trajet du sang dans le coeur Film vidéo et correction du T.P. Schéma
2. Le sang irrigue les organes grâce à un réseau de vaisseaux sanguins La circulation sanguine assure la continuité des échanges au niveau des organes. Le sang est un transporteur : il transporte l'oxygène et les nutriments des poumons et de l'intestin vers les organes. Il transporte le dioxyde de carbone des organes vers les poumons Les différents types de vaisseaux sanguins Ci-contre - Photographie d'une observation micoscopique légendée de coupes transversales d'une artèriole et d'une veinule irriguant un organe.
3. La disposition en série de la circulation pulmonaire et de la circulation générale permet la recharge en dioxygène de l'ensemble du volume sanguin. a) La double circulation. Schéma ci-contre b) Contractions cardiaques et débit sanguin. Bordas, doc. 1 et 2, p. 126-127. c) L'apport préférentiel de dioxygène aux muscles en activité résulte de la disposition en parallèle de la circulation générale associée à une vasoconstriction variable. Bordas, doc. 2d, p. 129. 3. Bilan. L'augmentation des débits cardiaque et ventilatoire permet d'apporter davantage de dioxygène aux muscles en activité. Bordas, doc. 1 et 2, p. 130-131.

III. Intégration des fonctions dans l'organisme au cours de l'activité physique

• TD 6 - Intégration des fonctions dans l'organisme au cours de l'activité physique
• Fiche TD. 6

• Le fonctionnement automatique du coeur est modulé par le système nerveux.
• L'activité rythmique des muscles respiratoires est commandée par le système nerveux.
• Au cours de l'activité physique, cette modulation et cette commande sont modifiées, ce qui adapte l'organisme à l'effort.

• Bilan - Régulation Cardio-respiratoire - Sciences de la Vie au Lycée - CNRS