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JEAN-PIERRE GESLIN, PROFESSEUR D’IUFM

1 cigarette écourte la vie de 11 minutes…

Jean-Pierre Geslin, professeur d’IUFM 2

I- PROGRAMMES AU CYCLE 3 :

B.O. N°1, 14 FÉVR. 2002, PROGRAMMES DE L’ÉCOLE PRIMAIRE : Le corps humain et l’éducation à la santé…

L’éducation à la santé est liée à la découverte du fonctionnement du corps en privilégiant les conditions de maintien du corps en bonne santé : - les mouvements corporels (fonctionnement des articulations et des muscles) ; - première approche des fonctions de nutrition (digestion, respiration et circulation) ; - reproduction des humains et éducation à la sexualité ; - conséquences à court et long terme de notre hygiène ; actions bénéfiques ou nocives de nos comportements (notamment dans l’alimentation) ; - principes simples de secourisme : porter secours, en identifiant un danger, en effectuant une alerte complète, en installant une personne en position d’attente.

LES COMPETENCES A DEVELOPPER (extrait du document d’application des programmes en Sciences et technologie au cycle 3) :

Respiration et circulation

Compétences spécifiques Commentaires

* Être capable de mesurer des rythmes respiratoire et cardiaque et les interpréter pour comprendre les liens entre respiration, circulation et activité physique. * Être capable de repérer les mouvements respiratoires (inspiration et expiration) et d'effectuer une première approche de la distinction entre l'air inspiré et l'air expiré. * Être capable de développer des arguments mettant en évidence le rôle de la circulation sanguine dans l'alimentation des organes à partir des poumons et du tube digestif.

* En s'appuyant sur des documents (radiographies, livres, multimédia) et l'observation de quelques organes d'animaux, on construit une représentation schématique de quelques-uns des principaux organes impliqués dans la respiration et la circulation sanguine, en esquissant certaines de leurs relations fonctionnelles (par exemple cœur, poumons, vaisseaux sanguins, foie). * On abordera ces relations par des observations ou des mesures en liaison avec une approche dynamique (modification du rythme en fonction de l'effet, etc.). * On en reste aux principes élémentaires avec des formulations simples. En aucun cas on n'aborde les questions au niveau cellulaire... * On pourra envisager la continuation de modèles matériels (par exemple, cœur, poumons, cage thoracique). * Prévention contre les risques : exemple du tabagisme en montrant des radiographies de poumons de fumeurs et de non-fumeurs.


II- PISTES PEDAGOGIQUES :

1. Afin de faire exprimer les représentations : « Respirer, qu’est-ce que c’est ? » 2. Situation problème 1 : « Comment mettre en évidence l’entrée et la sortie de l’air ? » Quand il fait froid, on voit la buée… On peut placer une plume devant le nez ou la bouche…

Si les enfants proposent de respirer dans un sac en plastique, pensez à en présenter le caractère dangereux… On peut utiliser le document

iconographique n° 6.

3. Situation problème 2 : « Comment déterminer la quantité d’air expirée ? »

Ü Il est préférable que les enfants trouvent le dispositif. Matériel à prévoir :

* 1 ballon en caoutchouc et un mètre de couturière afin de pouvoir mesurer le diamètre du ballon après

expiration puis de calculer son volume * une grande bouteille en verre de 2 litres, une cuvette,

un tuyau en plastique et de l’eau. Ü On peut aussi fournir le document 7 qui présente un

spiromètre artisanal…. Aux enfants de trouver un moyen pour mesurer le volume de gaz.

La capacité respiratoire Þ avec l’âge et est + importante chez les garçons que chez les filles.

4. Faire faire : « Quel est le rythme de ma respiration ? »

Faire travailler les enfants par 2, l’un donne le signal de départ et de fin et décompte les mouvements respiratoires de l’autre au repos, après la marche ou la course. On inverse ensuite.

Prévoir des montres avec temps exprimé en secondes. Fournir ensuite les tableaux 1 et 2.

5. « Où va l’air que nous respirons ? » Constater l’augmentation du diamètre thoracique (prévoir un mètre de couturière qui permet de vérifier cet accroissement). Il est de 2 à 4 cm chez l’enfant. Utilisation des documents 1, 2, 3, 4 et 5. Les enfants savent souvent que « l’air va dans les poumons ». Le fait de disséquer en classe

le thorax d’un animal de boucherie comme le lapin ou un cœur-poumon de mouton est très discuté… à vous de voir…

6. Recherche documentaire 1 : « Quelle modification de composition subit l’air inspiré ? » L’air qui sort est plus chaud (il suffit de souffler sur le réservoir d’un thermomètre avec une

pompe à bicyclette puis à l’aide de son propre appareil respiratoire). Il contient de la vapeur d’eau (visible sous forme de buée quand on souffle sur une glace alors

que ceci ne s’observe pas avec la pompe à bicyclette). On peut mettre en évidence que l’air expiré contient du gaz carbonique à l’aide d’eau de

chaux (voir document 9) : l’air insufflé dans la solution à l’aide d’une pompe à bicyclette ne la trouble pas (elle reste limpide) alors que celui expiré dans la solution à l’aide d’un tuyau en

caoutchouc ou d’une paille la rend blanchâtre. Fournir le tableau 3 qui indique que l’air expiré contient moins d’oxygène (ce qu’il n’est pas

possible de mettre en évidence à l’Ecole Elémentaire).

7. Recherche documentaire 2 : A quoi sert l’oxygène prélevé ? Fournir le document iconographique 8 avec son texte accompagnateur. Si une question concerne

le transport de l’oxygène : fournir le tableau 4.


8. Recherche documentaire 3 : D’où vient le gaz carbonique rejeté ? Fournir le document iconographique 8 avec son texte accompagnateur. Si une question concerne

le transport du gaz carbonique : fournir le tableau 4.

9. Recherche documentaire 4 : « Quels sont les dangers du tabac » ? Voir documents sur le tabagisme page 14. Dans le domaine de la santé (et de l’environnement), il importe que les enfants une fois informés ent reprennent des actions de prévention auprès des autres (exposition, exposé, pièce de théâtre…). Cette démarche de prévention, si elle n’est pas

toujours efficace auprès des autres, le sera pour eux-mêmes. Il est en effet plus difficile de transgresser après avoir participé activement à une action de prévention.

III- NOTIONS ET DEFINITIONS :

Respiration : Mécanisme par lequel les organismes vivants prélèvent et utilisent l'oxygène de l’air (ou de l’eau) et rejettent du dioxyde de carbone.

Inspiration : Action de faire pénétrer l'air dans ses poumons. Au cours d’une inspiration, ½ litre d’air pénètre dans les poumons.

Expiration : Action de faire sortir l'air de ses poumons. Au cours d’une expiration, ½ litre d’air sort des poumons. Attention expirer signifie aussi « rendre le dernier soupir » = mourir.

Inspiration forcée : Le volume d’air qui pénètre en plus lors d’une inspiration forcée est de 2,5 à 3 litres.

Expiration forcée : Le volume d’air qui sort en plus lors d’une expiration forcée est de 1 litre. Les muscles abdominaux, en repoussant les organes contre le diaphragme le font remonter… ce qui diminue le volume de la cavité thoracique.

Capacité vitale : La capacité vitale est le volume maximal d’air qui peut être mobilisé entre une inspiration forcée et une expiration forcée.

Volume résiduel : En fin d’expiration forcée, il reste encore 1, 5 l d’air dans les poumons : c’est l’air qu’on ne peut pas chasser des poumons ou « volume résiduel ».

Mouvements respiratoires et rythme respiratoire :

Inspiration et expiration constituent ensemble les mouvements respiratoires. L'homme inspire et expire en moyenne 19.000 litres d'air par jour. Le rythme respiratoire (= rythme de la respiration) s’accroît lors d’un effort physique. Le rythme respiratoire peut aussi être volontairement modifié mais c’est plus difficile quand on est essoufflé.

Fosses nasales : Cavité séparée en 2 par une cloison osseuse médiane et verticale. Les fosses nasales font communiquer l’extérieur avec le pharynx. Elles filtrent l'air inspiré et perçoivent les odeurs grâce à leur « muqueuse olfactive ».

Pharynx : Carrefour de 13 cm de hauteur entre la voie respiratoire et la voie digestive.

Larynx : Lien entre le pharynx et la trachée. Il renferme les cordes vocales, qui contrôlent la voix.

Trachée : Canal de 18 cm de long et de 2 cm de diamètre, maintenu ouvert par 16 à 20 anneaux de cartilage. Elle fait communiquer le larynx avec les bronches et sert au passage de l'air.

Poumons : Organes mous, très légers, spongieux et élastiques disposés dans le thorax de part et d’autre du cœur. Ils sont collés à la cage thoracique par des membranes : les plèvres. Quand la cage thoracique se gonfle, les poumons se gonflent ce qui entraîne une entrée d’air (inspiration). Lorsque les muscles respiratoires se relâchent, la cage thoracique s’affaisse et l’air sort des poumons (expiration). Si les poumons permettent de prélever l’oxygène présent dans l’air atmosphérique, les branchies sont, elles, adaptées à la respiration de l’oxygène dissous dans l’eau (Cf. poissons et larves d’amphibiens).


III- NOTIONS ET DEFINITIONS (suite) :

Bronches : Conduits résultant de la division de la trachée et qui permettent à l’air de parvenir aux poumons. La trachée se divise en 2 bronches souches d’abord extérieures aux 2 poumons. Les bronches souches se divisent à l’intérieur des poumons en « bronches lobaires » (3 à droite et 2 à gauche) puis en bronches plus petites.

Bronchioles : Les bronches se ramifient dans les poumons en tuyaux de plus en plus fins : les bronchioles. Les plus petites font 1 à 2/10 èmes de mm de diamètre et aboutissent aux alvéoles pulmonaires.

Alvéoles pulmonaires :

Les alvéoles pulmonaires sont de petits sacs où s’effectuent les échanges gazeux entre l’air et le sang (oxygène) et entre le sang et l’air (dioxyde de carbone). 700 millions d’alvéoles pour les 2 poumons. On estime que cela correspond à une surface d’échange d’environ la moitié d’un terrain de foot.

Diaphragme : Muscle aplati, de forme convexe au repos, qui sépare la cavité du thorax et celle de l’abdomen. Lorsqu’il se contracte, il s’aplatit et le volume de la cage thoracique augmente. C’est le principal muscle de l’inspiration. Le hoquet est dû à des contractions involontaires et répétées du diaphragme.

Muscles intercostaux :

Muscles situés entre les côtes et dont la contraction élève ces dernières. Ceci contribue à augmenter le volume de la cage thoracique lors de l’inspiration.

Cage thoracique : La cage thoracique est formée par l’ensemble des côtes, du sternum et de la colonne vertébrale. Les espaces situés entre les côtes sont occupés par des muscles : les muscles intercostaux. Vers le bas, la cage thoracique est limitée par un muscle plat : le diaphragme. Les poumons adhèrent à la cage thoracique par le biais d’une double membrane : la plèvre. Le volume de la cage thoracique augmente à chaque inspiration et diminue à chaque expiration.

Oxygène ou dioxygène (O2) :

Gaz incolore, inodore et sans saveur qui forme la partie de l'air nécessaire à la respiration. En 24 heures les poumons absorbent 500 litres d’oxygène. Dans le sang, plus de 98 % de l’oxygène est transportée par les globules rouges (sur leur hémo-globine). Le sang qui arrive aux organes est riche en oxygène et celui qui en sort est pauvre en oxygène.

Dioxyde de carbone ou gaz carbonique (CO2) :

En 24 h, les poumons rejettent 400 litres de dioxyde de carbone. Dans le sang le gaz carbonique est transporté à la fois par le plasma (pour les 2/3) et par les globules rouges (pour le 1/3). Le sang qui arrive aux organes est pauvre en gaz carbonique et celui qui en sort est riche en gaz carbonique.

Echanges gazeux respiratoires :

En passant par les poumons, le sang s’enrichit en oxygène et s’appauvrit en dioxyde de carbone. C’est le contraire au niveau des organes.

Respiration au niveau des organes (= respiration au niveau des cellules qui les constituent) :

Les cellules du corps humain se rassemblent pour former des organes. Elles ont besoin d’oxygène pour pouvoir dégrader les nutriments et récupérer l’énergie qu’ils contiennent (= les brûler). Ceci ne peut se faire qu’en présence d’oxygène et aboutit à la production de gaz carbonique : Nutriment + oxygène _ gaz carbonique + eau + éventuellement d’autres déchets comme l’urée + énergie

L’asphyxie (mot du genre féminin) :

L’asphyxie peut être liée à une obstruction des voies aériennes (par noyade ou étranglement), à une diminution de la quantité d’oxygène dans l’air (altitude, air confiné), à la présence dans l’air d’oxyde de carbone ou encore à une insuffisance fonctionnelle ( = insuffisance de fonctionnement) des poumons ou du cœur.

Maladies des poumons :

* Bronchite : inflammation des bronches et des bronchioles qui entraîne de la fièvre et de la toux. Aiguë elle est généralement d’origine virale et parfois due à des bactéries. Chronique, elle est liée au tabagisme. * Emphysème : dilatation des alvéoles conduisant à leur destruction. * Tuberculose pulmonaire : maladie infectieuse et contagieuse due au bacille de Koch. La vaccination contre la tuberculose, par le B.C.G., est obligatoire.


Résumé et synthèse conceptuelle :

Durant toute la durée de notre vie, jour et nuit, nous respirons : de l’air entre dans nos poumons et en ressort moins riche en oxygène mais plus riche en gaz carbonique. L’oxygène qui se trouvait dans l’air rejoint le sang qui le transporte jusqu’à nos organes.

Les aliments, après digestion, traversent la paroi de l’intestin et passent eux aussi dans le sang qui les transporte vers tous nos organes.

De même que le carburant d’une voiture est brûlé pour dégager de l’énergie, les aliments sont brûlés dans tous les organes du corps.

Cette combustion ne peut se faire qu’en présence de l’oxygène pris dans l’air au niveau des poumons et amené au niveau des organes par le sang.

Cette combustion produit du dioxyde de carbone qui après transport par le sang est éliminé au niveau des poumons.

Les muscles qui travaillent ont besoin de plus d’énergie et donc de plus d’oxygène. C’est la raison pour laquelle notre rythme respiratoire s’accroît quand nous courons.

Le tabac est responsable de nombreuses maladies dont le cancer des bronches qui amènent l’air dans les poumons. Il entraîne aussi des cancers du pharynx, des lèvres, de la vessie…

ATTENTION… TABAC ET ALCOOL S’ASSOCIENT FORT BIEN…LE CANCER DE L’ŒSOPHAGE RESULTE DE LEUR EFFET CONJOINT…


IV- DOCUMENTS UTILISABLES AVEC LES ELEVES DU CYCLE III :

IVA- Tableaux :

Tableau 1 : Nombre de mouvements respiratoires par mn au repos en fonction de l’âge :

Age Naissance 5 ans 12 ans Adulte Nb de ments 45 25 20 12

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Tableau 2 : Nombre de mouvements respiratoires par minute selon l’activité : Couché Debout Marche Course

Rythme respiratoire 10 12 19 61

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Tableau 3 : L’air expiré a-t-il la même composition que l’air inspiré ? L’air est essentiellement composé d’azote, d’oxygène et de gaz carbonique.

Air inspiré Air expiré Oxygène en ml pour 100 ml d’air 21 16

Gaz carbonique = dioxyde de carbone en ml pour 100 ml d’air 0,03 5 Azote en ml pour 100 ml d’air 79 79

# ------------------------------------

Tableau 4 : Quantité d’oxygène, de gaz carbonique et d’azote dans le sang : Sang arrivant dans

les poumons Sang sortant des poumons

Oxygène en ml de gaz pour 100 ml de sang 16 20

Gaz carbonique = dioxyde de carbone en ml de gaz pour 100 ml de sang

53 48

Azote en ml de gaz pour 100 ml de sang 2 2

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Tableau 5 : Quantité d’oxygène, de gaz carbonique et d’azote dans le sang :

Sang parvenant dans un muscle au repos

Sang sortant d’un muscle au repos

Oxygène en ml de gaz pour 100 ml de sang 20 17

Gaz carbonique = dioxyde de carbone en ml de gaz pour 100 ml de sang

48 52

Azote en ml de gaz pour 100 ml de sang 2 2

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IVB- Documents iconographiques : Document 1 :

Document 2 :

Fin d’inspiration Fin d’expiration

Photographie : Labat


CNRI


Document 3 :

Document 4 :


Iconographie : Valérie Perrin

Information pour les maîtres : la bronchographie est un examen qui consiste à opacifier les bronches afin de les rendre visibles. On

emploie une molécule iodée hydrosoluble et opaque aux rayons X : le iopydol que l’on introduit à l’aide d’un

cathéter sous contrôle radioscopique et qui tapisse

l’arbre bronchique. L'opacité observée est

proportionnelle à la teneur en iode. La bronchographie

doit être, en principe, unilatérale. Elle est de

moins en moins pratiquée car le poumon n'est plus

opérationnel et le patient a donc la sensation d'étouffer.

Un expectorant favorise l'élimination du produit. On

remplace aujourd’hui cet examen par le fibroscopie

bronchique.

Bronchographie :

CNRI


Document 5 : Voici des étiquettes : il faut les mettre dans l’ordre pour indiquer le(s) chemin(s) de l’air inspiré :

Document modifié extrait de « Science et technologie, cycle des

approfondissements : CM ». Nouvelle Collection Tavernier chez Bordas.

Alvéole pulmonaire très grossie (elle est localisée par un rectangle sur le schéma de

gauche). A son niveau, l’oxygène contenu dans l’air traverse sa paroi et rejoint le

sang qui de rouge foncé devient rouge clair (sang

oxygéné). Nouvelle Collection Tavernier

chez Bordas.

Bouche

Alvéole pulmonaire

Nez

Pharynx

Trachée

Bronche

Fosses nasales

Bronchiole


Document 6 :

Photographie : Philippe Jeanbor-Photeb


Document 7 :

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Document 8 :

L’oxygène puisé dans l’air au niveau des poumons est conduit par le sang à tous les organes.

Cet oxygène permet de brûler les aliments déjà digérés (=

nutriments) et de récupérer l’énergie qu’ils contiennent. Cette réaction de combustion aboutit à la production de gaz

carbonique ou dioxyde de carbone. Les organes rejettent ce dioxyde de carbone dans le sang et il est conduit vers les poumons

où il passe dans l’air.

Remarque : 1 seul des 2 poumons est ici représenté.

Echanges gazeux entre l’air et le sang et entre le sang et les

organes :

Document extrait de « Sciences et technologie ». CM. Editions Bordas.

Collection Tavernier.

Modifié d’après Hatier concours PE1 et PE2, Biologie Géologie par Paccaud et Vuala.


Document 9 :

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Comment l’enseignant peut-il fabriquer de l’eau de chaux ?

1/ Il suffit de dissoudre dans de l’eau de la chaux éteinte Ca (OH)2 (matériau de construction qui ne présente pas de risque à être manipulé).

2/ Filtrer le mélange blanc obtenu (à gauche) appelé lait de chaux à l’aide

d’un papier filtre (à droite).

3/ Le liquide filtré est de l’eau de chaux (qui ressemble par son aspect à de l’eau pure).

4/ Cette eau de chaux se troublera en présence de gaz carbonique (CO2). Le trouble est dû à la reformation de calcaire Ca C03.

Modifié d’après Hatier concours PE1 et PE2, Biologie Géologie par Paccaud et Vuala.

Document http://convergence.chez.tiscali.fr/ppcp/GO/chaux.htm


V- Le tabagisme :

http://www.stop-

tabac.ch/fr/report.html

Le tabagisme est considéré comme

responsable de 60 000 décès par an en France.

1 cigarette écourte la vie de 11 minutes

… et donc 1 paquet

d'environ 4 heures. Si tu fumes 2 paquets par jour, tu perds environ 1/3 de ta

vie.

La fumée renferme des dizaines de cancérigènes,

ce qui la rend extrêmement dangereuse

sur les bronches.

N N N N N N N


VI- EVALUATION A COURT TERME :

Affirmations Vrai Faux Correction Les poumons sont des organes qui se gonflent et se dégonflent au cours de la respiration.

Vrai

Les poumons sont formés de nombreux tuyaux d'air ramifiés et de tuyaux de sang également ramifiés.

Vrai

Les poumons sont en relation par des vaisseaux sanguins avec les autres organes.

Vrai

Les poumons ne contiennent pas de sang. Faux

L’air contient de l’oxygène, du dioxyde de carbone et de l’azote

Vrai

L’air qui ressort des poumons a perdu du gaz carbonique.

Faux

Au niveau des organes, il se forme du dioxyde de carbone.

Vrai

Le sang transporte l’oxygène, le gaz carbonique et les aliments digérés.

Vrai

Certaines affirmations sont extraites de « Hatier concours PE1 et PE2, Biologie Géologie » par Paccaud et Vuala.

Savez-vous que ce sont les végétaux qui ont produit l’oxygène présent sur

notre planète ?