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Échanges gazeux pulmonaires

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Objectif

La respiration permet les échanges gazeux pulmonaires entre l'organisme et son milieu.
Quels sont ces échanges gazeux ?
Comment les mettre en évidence ?
Où se réalisent-ils ?
Quelles sont les propriétés de la surface d'échanges ?

1. Composition de l'air inspiré et de l'air expiré

La respiration aérienne consiste en un échange de gaz prélevés et rejetés dans l'air du milieu de vie. L'inspiration, lorsque l'air entre dans les poumons, et l'expiration, lorsque l'air sort des poumons, constituent la respiration.

a. Mise en évidence de la présence de dioxyde de carbone dans l'air expiré

• Expérience

Doc. 1 : Mise en évidence de la présence de dioxyde de carbone
dans l'air inspiré (A) et dans l'air expiré (B).

• Observations
Après dix inspirations (doc. 1. A), l'eau de chaux est limpide.
Après dix expirations (doc. 1. B), l'eau de chaux devient trouble.

• Conclusion
Le dioxyde de carbone est donc présent dans l'air expiré.

b. Mise en évidence de la présence de dioxygène dans l'air inspiré

• Expérience

Doc. 2 : Mise en évidence de la présence de dioxygène
dans l'air inspiré (A) et dans l'air expiré (B).

• Observations
L'air inspiré contient 20,9 % de dioxygène (doc. 2 A).
L'air expiré contient 15,7 % de dioxygène (doc. 2 B).

• Conclusion
L'air inspiré s'enrichit en dioxygène.

c. Comparaison de l'air inspiré et de l'air expiré

Gaz	Air inspiré (en %)	Air expiré (en %)
Diazote	79	79
Dioxygène	21	16
Dioxyde de carbone	0,03	4,5
Vapeur d'eau	Variable	Très abondante

Doc. 3 : Composition de l'air inspiré et de l'air expiré.

Les volumes d’air inspirés et expirés se composent :
– de diazote en quantité constante ;
– de dioxygène, de dioxyde de carbone et de vapeur d'eau en quantités variables ;
– de gaz rares.

Il y a plus de dioxygène dans l'air inspiré que dans l'air expiré.
Il y a plus de dioxyde de carbone dans l'air expiré que dans l'air inspiré.

2. Poumons, organes d'échanges entre l'air et le sang

Les poumons sont fortement irrigués par des capillaires sanguins. On peut supposer qu’il existe une relation entre les concentrations des gaz pulmonaires et les concentrations de gaz sanguins.

Pour vérifier cette hypothèse, il est nécessaire de faire une analyse des concentrations de gaz dans le sang entrant et dans le sang sortant des poumons.

a. Échanges pulmonaires entre l'air et le sang

Les modifications dans la composition des gaz du sang sont la conséquence d'échanges entre l'air et le sang au niveau des poumons. En effet, le dioxygène passe de l'air dans le sang tandis que le dioxyde de carbone passe du sang à l'air. Ainsi, l'organisme prélève, dans l'air inspiré, le dioxygène dont il a besoin pour l'activité de ses différents organes et rejette le dioxyde de carbone dans l'air expiré.

Les échanges gazeux entre le sang et l'air alvéolaire sont facilités par les propriétés des alvéoles qui se caractérisent par :
– une importante irrigation sanguine due à la présence de nombreux capillaires ;
– la finesse de leur paroi (1 nm d'épaisseur );
– une grande surface d'échange entre l'air et le sang (200 m²).

b. Structure des alvéoles pulmonaires

Les alvéoles sont le siège des échanges entre l'air et le sang.

Doc. 4 : Les échanges de gaz au niveau d'une alvéole.

c. Modifications du sang traversant les poumons

Gaz de l'air	Sang entrant dans les poumons (en mL pour 100 mL)	Sang sortant des poumons (en mL pour 100 mL)
Diazote	1	1
Dioxygène	15	20
Dioxyde de carbone	53	49

Doc. 5 : Composition du sang entrant et sortant des poumons.

Le sang au niveau des poumons s'est enrichi en dioxygène et s'est appauvri en dioxyde de carbone.

L'essentiel

Au niveau des poumons, se réalisent des échanges gazeux permanents entre le sang et l'air : le sang s'enrichit en dioxygène et cède son dioxyde de carbone.

Certaines propriétés des parois alvéolaires, à savoir leur grande surface, leur finesse et l'importante irrigation, facilitent ces échanges.

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