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Échanges entre le sang et les organes

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Objectif

Lors d’un effort physique, nos muscles travaillent. Nos rythmes cardiaque et respiratoire s’accélèrent. Ces variations permettent probablement à nos muscles de satisfaire leurs besoins lorsqu’ils sont en activité.

Quels sont les besoins de nos muscles pour fonctionner ?
Comment sont acheminés les éléments nécessaires à leur fonctionnement ?
Comment évoluent les besoins de nos muscles au cours de l’effort ?

1. Les besoins de nos organes

Le muscle réalise des échanges gazeux avec le sang.
On peut les mettre en évidence et mesurer leur intensité grâce à l’oxymètre (pour mesurer la quantité de dioxygène) et au microrespiromètre (pour mesurer la quantité de dioxyde de carbone).

a. Mise en évidence de la consommation de dioxygène par les muscles

• Principe de l’expérience
Un flacon A reste vide, tandis qu’on suspend un morceau de muscle frais dans un flacon B. Ces deux flacons sont maintenus à une température de 37°C. Dans chaque flacon, on introduit un oxymètre relié à un dispositif d’ExAO afin de suivre l’évolution de la quantité de dioxygène dans les flacons.

Oxymètre = Appareil permettant de mesurer la quantité de dioxygène dans une enceinte
ExAO = Expérimentation Assistée par Ordinateur

La courbe rouge indique l'évolution de la teneur en dioxygène au cours du temps.

Doc. 1 : Mise en évidence de la consommation de dioxygène par un muscle.

• Résultats obtenus
- Dans le flacon A, en absence de muscle, la quantité de dioxygène reste constante au cours du temps.
- Dans le flacon B, en présence de muscle, la quantité de dioxygène diminue.

• Conclusion
Le morceau de muscle consomme du dioxygène.

b. Mise en évidence du rejet de dioxyde de carbone

• Principe de l’expérience
Deux flacons A et B contiennent chacun la même quantité d'eau de chaux, limpide. Dans le flacon B, on accroche un morceau de muscle frais au-dessus de l'eau de chaux et on ferme hermétiquement. On ferme également hermétiquement le flacon A.
On observe les résultats quelques heures plus tard.

Eau de chaux = solution limpide (incolore) qui se trouble en présence de dioxyde de carbone.

Doc. 2 : Mise en évidence du rejet de dioxyde de carbone :
résultats observés quelques heures après le début de l'expérience.

• Résultats obtenus
- Dans le flacon A, en absence de muscle, l’eau de chaux reste limpide.
- Dans le flacon B, en présence de muscle, l’eau de chaux est trouble.

• Conclusion
Le morceau de muscle frais a rejeté du dioxyde de carbone.

c. Mise en évidence d’un autre besoin de nos organes

• Principe de l’expérience
On prélève un morceau de muscle par biopsie chez un sportif avant l’effort (a) et après l’effort (b). Puis, on colore les cellules du muscle avec un colorant qui permet de révéler la présence de glucose (sucre) qui est un nutriment.

Doc. 3 : Schéma de muscle observé au microscope avant un effort (a) puis après un effort (b). La coloration violette indique la présence de glucose dans les cellules de ce muscle.

• Résultats obtenus
- Avant l’effort, les cellules du muscle contiennent une grande quantité de glucose.
- Après l’effort, les cellules du muscle ne contiennent presque plus de glucose.

• Conclusion
Le muscle consomme du glucose lors d’un effort physique.

Donc, pour fonctionner, nos muscles consomment en permanence du dioxygène et du glucose et rejettent du dioxyde de carbone.

2. 2. Importance de l’irrigation sanguine d’un organe

a. Observation de l’irrigation d’un organe

L’ensemble de notre organisme est parcouru par un vaste système d’irrigation qui permet à tous nos organes d’être en permanence irrigués par le sang.

L’observation d’un muscle au microscope montre que les capillaires sanguins sont en contact étroit avec les cellules musculaires.

b. Variation du débit sanguin

Le débit sanguin correspond au volume de sang qui circule dans un organe par minute.

Organe	Débit sanguin au repos (en mL/min)	Débit sanguin lors d'un effort physique (en mL/min)
Cerveau	750	750
Cœur	250	750
Muscles	1200	12500
Reins	1100	600
Peau	500	1900
Autres organes	2000	1000
Total	5800	17800

Doc. 5 : Débit sanguin dans différents organes, au repos et lors d'un effort physique.

On constate que le débit sanguin traversant certains organes comme les muscles, le cœur, la peau augmente lors d’un effort physique pour répondre aux besoins des organes.
Par contre, il reste constant au niveau du cerveau et diminue au niveau des reins et des autres organes.

c. Les échanges entre le muscle et le sang

Lorsque l’on compare la composition du sang qui entre dans le muscle et celle du sang qui sort du muscle au repos.

On constate que :
- Le sang sortant est plus pauvre en dioxygène que le sang entrant.
- Le sang sortant est plus riche en dioxyde de carbone que le sang entrant.
- Le sang sortant est plus pauvre en glucose que le sang entrant.

Si l’on compare les échanges entre le sang et un muscle au repos ou en activité, on constate que :
- Le muscle en activité consomme plus de dioxygène que le muscle au repos.
- Le muscle en activité rejette plus de dioxyde de carbone que le muscle au repos.
- Le muscle en activité consomme plus de glucose que le muscle au repos.

Constituant échangé	Sang entrant (en mL pour 100 mL de sang)	Sang sortant (en mL pour 100 mL de sang)
Dioxygène	22	11
Dioxyde de carbone	42	50
Glucose	90	80

Doc. 6 : Quantité de dioxygène, de dioxyde de carbone et de glucose

dans le sang entrant et le sang sortant d'un muscle au repos.

Constituant échangé	Sang entrant (en mL pour 100 mL de sang)	Sang sortant (en mL pour 100 mL de sang)
Dioxygène	22	4
Dioxyde de carbone	42	62
Glucose	90	70

Doc. 7 : Quantité de dioxygène, de dioxyde de carbone et de glucose
dans le sang entrant et le sang sortant d'un muscle en activité.

Donc, les muscles réalisent en permanence des échanges avec le sang : ils prélèvent dans le sang le dioxygène et le glucose et rejettent le dioxyde de carbone. Ces échanges augmentent lorsque le muscle est en activité.

L’essentiel

Nos organes, notamment les muscles, réalisent en permanence des échanges avec le sang : ils prélèvent du dioxygène et des nutriments (glucose) dans le sang et y rejettent du dioxyde de carbone.

Ces échanges augmentent avec l’intensité de l’effort effectué.

Le sang joue le rôle de transporteur. Il assure le lien entre les organes et le milieu extérieur grâce à son réseau d’irrigation.

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