Problème général : Comment l’augmentation synchrone des activités des systèmes circulatoire et respiratoire contribue-t-elle à assurer un apport accru en dioxygène aux muscles ?

Problème 1 : Comment la circulation sanguine assure-t-elle les apports accrus en dioxygène ?

Hypothèse(s) :

H1 : La concentration en dioxygène du sang augmente au cours de l’effort.
H2 : Le débit sanguin augmente au cours de l’effort.
H3 : La quantité de globules rouges augmente avec l’effort.

I – Les caractéristiques de la circulation sanguine

A/ L'organisation de la circulation générale

Document : Distribution du débit sanguin au repos et lors de l’effort prolongé (jogging). Le tableau représente les débits sanguins (exprimés en L.min-1) traversant différents organes irrigués par la circulation générale.

Débit sanguin : volume de sang circulant dans une partie de vaisseau par unité de temps (L.min-1).

Au repos, ce sont les poumons, le tube digestif et les reins qui reçoivent le plus de sang. A l’exercice, le débit augmente dans les muscles, le cerveau et la peau.

Rappel d’électricité.

Activité : Dessiner un circuit en série avec 3 organes.

Activité : Compléter un schéma en indiquant les niveaux des liquides dans des tubes d’un modèle analogique.

Une disposition en série ne permet pas d’expliquer les variations de débit sanguin observées.

Une organisation en parallèle ne permet toujours pas d’expliquer que les muscles reçoivent plus de sang à l’exercice.

Activité : Compléter le schéma en indiquant les niveaux des liquides dans des tubes après avoir compressé les tubes flexibles du modèle analogique.
(Compléter le schéma de la circulation générale en parallèle - en rouge / cf. ci-dessus).

Vidéo : Visualisation de la vasoconstriction et schéma.

Documents B5 page 145 Belin : Schéma d'ouverture et fermeture des capillaires musculaires selon les besoins.

Les muscles sont irrigués par des artérioles qui se ramifient en capillaires. Au repos, les sphincters (muscles circulaires) des capillaires et les muscles entourant les artérioles sont contractés et réduisent le débit sanguin au niveau des muscles. [Livre B3 page 145 (muscles entourant une artère)]

Au cours d’un effort, ces sphincters et les muscles des artérioles se relâchent et augmentent le débit sanguin.

Vasoconstriction : diminution du diamètre d’un vaisseau par contraction des fibres musculaires de la paroi.
Vasodilatation : augmentation du diamètre d’un vaisseau par relâchement des fibres musculaires de la paroi.
L’hypothèse « Le débit sanguin augmente au cours de l’effort » est acceptée.

C’est au niveau des poumons que se fait la recharge en dioxygène.

Question : Où se situent les poumons dans cette circulation sanguine ?

Hypothèse(s) :

H1 : Les poumons sont situés juste avant le coeur.
H2 : Les poumons sont situés juste après le coeur.
H3 : Les poumons sont situés avant et après le coeur.

B/ La place des poumons dans la circulation sanguine

Activité : Visualisation d’une vidéo « Film super 8 » montrant une cinéradiographie et schéma bilan à compléter.

L’hypothèse selon laquelle Les poumons sont situés avant et après le cœur est acceptée.

II – Le rôle du coeur

A/ L'étude de la morphologie du coeur

Activité : Injection de liquide dans les vaisseaux du cœur et schéma à compléter.

Correction

Problème 3 : Comment expliquer que le sang circule à sens unique à l’intérieur du cœur ?

Hypothèse(s) : Il existe des clapets à l’intérieur du cœur, responsables de la circulation à sens unique.

B/ Les structures responsables de la circulation en sens unique dans le coeur

Activité : Dissection du cœur de mouton et croquis à annoter.

--> Pistes d'exploitations : annotation du croquis...

C/ le fonctionnement du coeur

Activité : Utilisation du logiciel Coeur 2 (à voir : croquis issus du logiciel).

--> Pistes d'exploitations : replacer les étapes de la révolution cardiaque dans l'ordre, B2i...

Au cours d’une révolution cardiaque (= un cycle cardiaque = 1 battement), le cœur passe par des phases de systole (= contraction avec éjection du sang) et par des phases de diastole (= relâchement et remplissage des cavités par le sang).
L’augmentation de l’activité cardiaque contribue à l’augmentation du débit cardiaque.

III – L'adaptation cardio-respiratoire

Rappel de l’hypothèse « La concentration en dioxygène du sang augmente au cours de l’effort ».

Activité : Construction collective d’un schéma fonctionnel.

Activité : Réalisation du graphique représentant l’évolution de la concentration de dioxygène et de dioxyde de carbone dans le sang au cours de l’effort, à partir du texte 6 page 147 - Belin.

Le graphique nous montre que la concentration en dioxygène du sang artériel reste constante, malgré l’augmentation de l’effort. En revanche, la concentration en dioxygène du sang veineux baisse avec l’effort (la D.A.V. augmente).
L’augmentation du débit permet au sang d’aller plus vite dans les vaisseaux et de prélever davantage de dioxygène au niveau des surfaces d’échange des alvéoles pulmonaires. Pour cela, il faut maintenir une pression alvéolaire en dioxygène importante c’est pourquoi il faut augmenter le débit ventilatoire et le débit cardiaque de manière synchrone.

Remarque : Le VO2 max est limité par le débit cardiaque non par le débit ventilatoire.

L’hypothèse selon laquelle la concentration en dioxygène du sang augmente au cours de l’effort n’est pas acceptée.