Appareil respiratoire : échanges gazeux — Exercices

Vocabulaire, lecture de données, raisonnement et calcul. Corrigé inclus.

⏱ ~30 min✎ Calculatrice autorisée pour l'exercice 4

1Vocabulaire de l'appareil respiratoire/ 5 pts

Recopie et complète le texte en utilisant les mots suivants : alvéoles pulmonaires, bronches, diaphragme, fosses nasales, trachée.

L'air pénètre dans l'organisme par les _______, est conduit dans la _______, qui se divise en deux _______. Celles-ci se ramifient en bronchioles, qui aboutissent aux _______. Le principal muscle de la ventilation est le _______.

2Interpréter des données sur la composition de l'air/ 6 pts

Le tableau suivant donne la composition de l'air inspiré et de l'air expiré chez un adulte au repos.

Air inspiré : O₂ : 21 % · CO₂ : 0,04 % · N₂ : 79 %
Air expiré : O₂ : 16 % · CO₂ : 4 % · N₂ : 79 %

Comparez les teneurs en O₂ de l'air inspiré et de l'air expiré. Qu'en déduisez-vous sur les échanges gazeux ?
Comparez les teneurs en CO₂ de l'air inspiré et de l'air expiré. Qu'en déduisez-vous ?
La teneur en N₂ est identique dans les deux cas. Expliquez pourquoi.

3Les échanges au niveau des alvéoles/ 5 pts

Réponds aux questions suivantes sur les alvéoles pulmonaires.

Cite deux caractéristiques structurales des alvéoles qui favorisent les échanges gazeux.
Dans quel sens le dioxygène traverse-t-il la paroi alvéolaire ? Justifie en comparant les teneurs dans l'air et dans le sang.
Que contient le sang après être passé dans les capillaires alvéolaires ? Où est-il ensuite acheminé ?

4Ventilation au repos et à l'effort/ 6 pts

Au repos, une personne effectue 15 mouvements respiratoires par minute, avec un volume de 0,5 L par mouvement. À l'effort, elle effectue 30 mouvements par minute, avec un volume de 2 L par mouvement.

Calcule le volume d'air ventilé par minute au repos.
Calcule le volume d'air ventilé par minute à l'effort.
Explique pourquoi l'organisme augmente sa ventilation lors d'un effort physique intense.

5Raisonnement : la crise d'asthme/ 3 pts

Lors d'une crise d'asthme, les bronchioles se contractent et se rétrécissent, ce qui réduit fortement le passage de l'air vers les alvéoles.

En vous appuyant sur vos connaissances des échanges gazeux, expliquez pourquoi le patient ressent un manque d'O₂ durant la crise.
Quelle conséquence ce manque d'O₂ peut-il avoir sur le fonctionnement des cellules du corps ?

Corrigé détaillé

1Vocabulaire de l'appareil respiratoire

Texte complété \(\text{fosses nasales} \to \text{trachée} \to \text{bronches} \to \text{bronchioles} \to \text{alvéoles pulmonaires}\) \(\text{Le principal muscle de la ventilation est le diaphragme.}\)

2Interpréter des données sur la composition de l'air

a) \(\text{O}_2 \text{ inspiré} = 21\% \;\gt\; \text{O}_2 \text{ expiré} = 16\%\) \(\text{Le sang a capté du dioxygène au niveau des alvéoles : il s'est enrichi en O}_2\text{.}\)

b) \(\text{CO}_2 \text{ inspiré} = 0{,}04\% \;\lt\; \text{CO}_2 \text{ expiré} = 4\%\) \(\text{Le sang a rejeté du dioxyde de carbone dans l'air alvéolaire : il s'est appauvri en CO}_2\text{.}\)

c) \(\text{N}_2 = 79\% \text{ (inchangé dans les deux cas)}\) \(\text{Le diazote n'est ni utilisé ni produit par l'organisme ; il n'est pas échangé au niveau des alvéoles.}\)

3Les échanges au niveau des alvéoles

a) \(\text{Deux caractéristiques :}\) \(\text{Paroi très fine (une seule couche de cellules) et entourée d'un réseau dense de capillaires sanguins.}\)

b) \(\text{Air alvéolaire : riche en O}_2\;(21\%) — \text{sang arrivant : pauvre en O}_2\) \(\text{Le dioxygène passe de l'air alvéolaire vers le sang (du milieu le plus riche vers le moins riche).}\)

c) \(\text{Après les échanges gazeux :}\) \(\text{Le sang est riche en O}_2 \text{ et pauvre en CO}_2\text{. Il retourne au cœur, qui le distribue à toutes les cellules.}\)

4Ventilation au repos et à l'effort

a) \(15 \times 0{,}5 =\) \(7{,}5 \text{ L/min au repos}\)

b) \(30 \times 2 =\) \(60 \text{ L/min à l'effort}\)

c) \(\text{Effort} \Rightarrow \text{muscles actifs} \Rightarrow \text{consommation accrue d'O}_2 \text{ et production accrue de CO}_2\) \(\text{L'organisme augmente le nombre et le volume des mouvements respiratoires pour fournir plus d'O}_2 \text{ aux cellules et éliminer plus rapidement le CO}_2\text{.}\)

5Raisonnement : la crise d'asthme

a) \(\text{Bronchioles rétrécies} \Rightarrow \text{moins d'air atteint les alvéoles} \Rightarrow \text{moins d'O}_2 \text{ disponible pour le sang}\) \(\text{Les échanges gazeux sont réduits : le sang capte moins d'O}_2\text{, d'où la sensation de manque d'air.}\)

b) \(\text{Cellules insuffisamment approvisionnées en O}_2\text{ :}\) \(\text{Les cellules ne reçoivent pas assez d'O}_2 \text{ pour fonctionner normalement ; elles ne peuvent plus produire l'énergie nécessaire à leur activité.}\)