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L'organisation anatomique facilite un meilleur approvisionnement en O2

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Objectif(s)

Organisation des poumons.
Organisation du coeur.
Connaître le fonctionnement de la respiration.
Connaître les différentes phases du cycle cardiaque.
Pouvoir schématiser l'ensemble des échanges gazeux au cours d'un effort physique.

Lors d’un effort physique, les paramètres physiologiques respiratoires et cardiaques sont modifiés. La fréquence respiratoire et la fréquence cardiaque augmentent ainsi que les débits ventilatoire et cardiaque. Ainsi, une plus grande quantité de dioxygène pénètre dans l’organisme au niveau des poumons pour être prise en charge efficacement par le sang qui circule plus vite au niveau des organes.

1. L'organisation des poumons

L’Homme possède deux poumons ; le poumon droit formé de trois lobes et le poumon gauche formé de deux lobes.
L’air pénètre dans l’organisme par les voies nasales et rejoint les poumons par la trachée. Cette dernière se subdivise en deux bronches qui se ramifient elles-mêmes en bronchioles. Aux extrémités de ces conduits se trouvent de petits sacs minuscules appelés les alvéoles pulmonaires.
Les poumons sont des organes richement irrigués en vaisseaux sanguins. Le réseau artériel et veineux est superposable au réseau des voies respiratoires dans les poumons.

L’observation au microscope optique d’une coupe de poumon de mammifère révèle que les alvéoles pulmonaires sont entourées par les capillaires. Leur paroi très fine est en contact étroit avec la paroi fine des capillaires, ce qui facilite les échanges de gaz entre l’air alvéolaire et le sang.

Document 1 : Prise en charge du dioxygène par le sang au niveau d’une alvéole pulmonaire.

Le passage du dioxygène de l’air alvéolaire jusque dans le sang se fait par diffusion à travers les membranes. Cette diffusion est dépendante de la concentration en O₂ dans le sang. Plus, cette dernière est faible (cas d’un effort) plus la diffusion est efficace afin de rééquilibrer les pressions en gaz de part et d’autre des membranes.

2. L'organisation de la circulation sanguine

a. Le rôle central du coeur

Le cœur est le moteur de la circulation sanguine. C’est un muscle, le myocarde, caractérisé par quatre cavités : deux ventricules et deux oreillettes.

Une paroi étanche sépare le cœur droit du cœur gauche. Chacun comporte une oreillette séparée par des valvules d’un ventricule (valvules auriculo-ventriculaires).

Les oreillettes sont reliées aux veines qui apportent le sang au cœur tandis que les ventricules sont reliés aux artères qui transportent le sang vers les organes. Les valvules artérielles se trouvent à l’entrée des artères .

Document 2 : Organisation interne du cœur humain

Le cycle cardiaque comporte trois phases :
1. La diastole : le cœur se relâche ce qui permet aux oreillettes de se remplir du sang provenant soit des organes (OD) soit des poumons (OG).
2. La systole auriculaire : les oreillettes qui possèdent une paroi musculaire fine se contractent, ce qui propulse le sang dans les ventricules. Les valvules auriculo-ventriculaires s’ouvrent alors que les valvules artérielles sont fermées.
3. La systole ventriculaire : les ventricules dont la paroi musculaire est épaisse se contractent ce qui propulse le sang dans les artères, qui l’acheminent dans tout l’organisme. Les valvules auriculo-ventriculaires se ferment alors que les valvules artérielles s’ouvrent.

L’alternance de l’ouverture et de la fermeture des valvules permet au sang de circuler à sens unique dans l’organisme.

b. La double circulation

Le sang circule dans deux boucles, l’une alimente les poumons (circulation pulmonaire) et l’autre alimente tous les autres organes (circulation générale).

Le sang appauvri en dioxygène arrive au niveau de l’oreillette droite par les veines caves inférieures et supérieures. Il passe dans le ventricule droit qui se contracte pour le propulser dans les artères pulmonaires qui alimentent les poumons. Après s’être rechargé en dioxygène, le sang revient dans l’oreillette gauche par les 4 veines pulmonaires. Il passe dans le ventricule gauche qui se contracte pour propulser le sang dans l’aorte qui dessert tous les organes.

Le cœur droit et le cœur gauche fonctionnent de façon synchrone. La paroi du ventricule gauche est la plus épaisse puisqu’elle doit permettre de propulser le sang dans tout l’organisme et notamment jusqu'au cerveau.

3. L'irrigation des organes

a. La distribution du sang aux organes

Lors d’un effort physique, on constate que le débit sanguin au niveau des organes est modifié (voir document 3). Il augmente fortement au niveau des poumons et des muscles qui travaillent et diminue au niveau des organes de l’appareil digestif et des reins. On peut noter que le débit sanguin est le même au niveau de l’encéphale que l’on soit au repos ou en activité.

Document 3 : Variation des débits sanguins au niveau de différents organes au repos ou en activité.

Dans la circulation générale, le sang circule en parallèle dans tous les organes. Il existe donc un système qui régule le débit sanguin à l’entrée des organes.

b. La distribution du sang aux organes

Si l’on observe des images de microscopie électronique à balayage d'un muscle on constate que les fibres musculaires sont en contact étroit avec des capillaires sanguins. C’est le cas de tous les organes.
Le sang arrive au niveau des organes par les artérioles, petites artères issues de la ramification de l’aorte. Il traverse ensuite l’organe dans les capillaires. Durant ce passage, le sang se décharge en dioxygène et se charge en dioxyde de carbone. Il quitte l’organe par les veinules qui rejoignent les veines caves (voir document 4).

Document 4 : Irrigation des organes par les capillaires.

On observe à l’entrée des capillaires des muscles circulaires appelés sphincters. Lorsque ces muscles se contractent ils réduisent le diamètre du capillaire ce qui diminue donc le débit sanguin au niveau de l’organe. Lors d’un effort physique, ces sphincters sont donc contractés au niveau des organes de l’appareil digestif et des reins. Par contre, ils sont relâchés au niveau des muscles et des poumons.

Document 5 : Irrigation des muscles lors d'un effort physique.

L'essentiel

L’organisation anatomique de l’appareil circulatoire favorise un meilleur approvisionnement des organes lors d’un effort.

En effet, lors d’un effort physique :
- le débit ventilatoire au niveau des poumons augmente ainsi que le débit sanguin. Les échanges gazeux sont donc favorisés.
- Le débit cardiaque augmente, ce qui favorise un meilleur débit sanguin dans tout l’organisme.
- Le débit sanguin n’augmente qu’au niveau des organes qui travaillent, ce qui favorise leur approvisionnement en dioxygène.