Karamö, le prof virtuelLeçon 21 sur 29
Le transport des gaz respiratoires par le sang
Je sais décrire la composition du sang et expliquer comment le dioxygène et le dioxyde de carbone sont transportés entre les poumons et les cellules.
- 50 min
- 5 exercices corrigés
- 2 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Décrire la composition du sang (plasma et éléments figurés) et le rôle de chaque élément
- Expliquer le transport du dioxygène par l'hémoglobine et calculer la quantité transportée
- Décrire les trois formes de transport du dioxyde de carbone
- Expliquer le danger du monoxyde de carbone et des anémies, et les moyens de prévention
Avant de commencer : Les échanges gazeux au niveau des poumons (diffusion alvéolaire) et la respiration cellulaire.
1Je découvre
Pendant la saison froide, quand souffle l'harmattan, la famille de Sékou, à Mamou, chauffe parfois la maison avec un fourneau à charbon de bois. Un matin, le chef de quartier passe prévenir tout le monde : dans un autre quartier, deux personnes ont été retrouvées inconscientes après avoir dormi avec un fourneau allumé dans une pièce fermée. Le médecin a parlé d'une intoxication au « monoxyde de carbone », un gaz qui empêche le sang de transporter l'oxygène.
Sékou se pose des questions. Dans la leçon précédente, il a appris que le dioxygène passe de l'air des alvéoles vers le sang. Mais le sang est un liquide : comment peut-il porter autant de gaz jusqu'aux orteils ? Et comment un gaz invisible, sans odeur, peut-il bloquer ce transport ?
Comment le sang transporte-t-il le dioxygène des poumons vers les cellules, et le dioxyde de carbone des cellules vers les poumons ?
2Je comprends
1. Le sang : un tissu liquide
Un adulte possède environ 5 litres de sang. Si on laisse reposer du sang rendu incoagulable dans un tube, ou si on le centrifuge, il se sépare en deux parties :
- en haut, un liquide jaune pâle, le plasma (environ 55 % du volume) ;
- en bas, un dépôt rouge, les éléments figurés ou cellules du sang (environ 45 % du volume).
Le plasma est composé d'environ 90 % d'eau, de protéines, de nutriments (glucose, acides aminés), de sels minéraux, de déchets (urée, dioxyde de carbone) et d'hormones.
Les éléments figurés, observés au microscope sur un frottis sanguin :
| Élément | Forme | Nombre moyen par mm³ | Rôle |
|---|---|---|---|
| Hématies (globules rouges) | Disques biconcaves sans noyau, de 7 µm environ | 4,5 à 5 millions | Transport des gaz respiratoires grâce à l'hémoglobine |
| Leucocytes (globules blancs) | Cellules à noyau, plus grosses | 4 000 à 10 000 | Défense de l'organisme |
| Plaquettes | Petits fragments de cellules | 150 000 à 400 000 | Coagulation du sang |
La forme en disque creusé des deux côtés donne aux hématies une grande surface pour échanger les gaz, et leur souplesse leur permet de se faufiler dans les capillaires les plus fins.
2. Le transport du dioxygène : le rôle de l'hémoglobine
Le dioxygène se dissout très peu dans l'eau du plasma : environ 3 mL par litre de sang seulement. C'est beaucoup trop peu pour les besoins de l'organisme.
La plus grande partie du dioxygène est transportée par l'hémoglobine (Hb), une protéine rouge contenant du fer, présente dans les hématies. Chaque molécule d'hémoglobine peut fixer 4 molécules de dioxygène. Elle forme alors l'oxyhémoglobine (HbO₈, qu'on écrit aussi Hb(O₂)₄) :
Hb + 4 O2 rightleftharpoons HbO8
Cette réaction est réversible :
- dans les poumons, où le dioxygène est abondant, l'hémoglobine fixe le dioxygène : il se forme de l'oxyhémoglobine ;
- dans les organes, où les cellules consomment le dioxygène, l'oxyhémoglobine libère son dioxygène, qui diffuse vers les cellules.
L'oxyhémoglobine est rouge vif : c'est la couleur du sang artériel. L'hémoglobine qui a perdu son dioxygène est rouge sombre : c'est la couleur du sang veineux. On peut le vérifier : du sang rouge sombre agité à l'air devient rouge vif ; si on fait ensuite barboter du CO₂, il redevient sombre.
Exemple
Quelle quantité de dioxygène un litre de sang artériel transporte-t-il ?
Un litre de sang contient en moyenne 150 g d'hémoglobine, et 1 g d'hémoglobine fixe au maximum 1,34 mL de dioxygène.
Dioxygène lié à l'hémoglobine : 150 × 1,34 = 201 mL.
Dioxygène dissous dans le plasma : environ 3 mL.
Total : 201 + 3 = 204 mL, soit environ 200 mL de dioxygène par litre de sang.
Part transportée par l'hémoglobine : 201 ÷ 204 × 100 ≈ 98,5 %.
Sans hémoglobine, le sang transporterait près de 70 fois moins de dioxygène (204 ÷ 3 = 68).
3. Le transport du dioxyde de carbone
Le dioxyde de carbone produit par les cellules passe dans le sang, qui le transporte jusqu'aux poumons sous trois formes (valeurs moyennes) :
| Forme | Où ? | Part environ |
|---|---|---|
| Ions bicarbonate (HCO3^-) | Dissous dans le plasma | 70 % |
| Lié à l'hémoglobine (carbhémoglobine) | Dans les hématies | 20 % |
| Dissous | Dans le plasma | 10 % |
Dans les poumons, ces réactions se font en sens inverse : le CO₂ est libéré, diffuse dans les alvéoles et est expiré.
4. Le bilan : du sang veineux au sang artériel
Exemple
Données : teneurs moyennes du sang en gaz (en mL par litre de sang).
Sang artériel : O₂ = 200 ; CO₂ = 480.
Sang veineux : O₂ = 150 ; CO₂ = 520.
- En traversant les organes, chaque litre de sang cède 200 − 150 = 50 mL de dioxygène aux cellules et reçoit 520 − 480 = 40 mL de dioxyde de carbone.
- Le sang veineux contient encore 150 mL de dioxygène par litre : au repos, les organes ne prélèvent qu'un quart du dioxygène transporté (50 ÷ 200 = 0,25). Cette réserve peut être utilisée pendant un effort.
- Le sang veineux contient déjà beaucoup de CO₂ : le sang n'est jamais « vide » de CO₂, il en transporte toujours une grande quantité.
Méthode
Pour exploiter un tableau de teneurs en gaz du sang :
- J'identifie le sang artériel (riche en O₂) et le sang veineux (pauvre en O₂).
- Je calcule les différences pour chaque gaz (ce qui est cédé et ce qui est reçu).
- Je localise où se font ces échanges (poumons ou organes).
- Je relie les résultats au rôle de l'hémoglobine et à la respiration cellulaire.
5. Quand le transport est perturbé
L'intoxication au monoxyde de carbone (CO). Le CO est un gaz invisible, sans odeur, produit par une combustion incomplète (fourneau à charbon de bois, groupe électrogène, moteur, feu dans une pièce mal aérée). Il se fixe sur l'hémoglobine environ 200 fois plus facilement que le dioxygène et forme la carboxyhémoglobine (HbCO), très stable. L'hémoglobine bloquée ne transporte plus de dioxygène : maux de tête, vertiges, nausées, perte de connaissance, et la mort si l'exposition continue.
Prévention : ne jamais laisser un fourneau allumé, un groupe électrogène ou un moteur dans une pièce fermée ; aérer. En cas d'intoxication : sortir la victime à l'air libre et appeler les secours.
Les anémies. Une anémie est une baisse de la quantité d'hémoglobine dans le sang. Le sang transporte moins de dioxygène : fatigue, essoufflement, pâleur. Causes fréquentes : manque de fer dans l'alimentation, pertes de sang, paludisme (le parasite détruit les hématies), vers intestinaux.
La drépanocytose. C'est une maladie héréditaire de l'hémoglobine, fréquente en Afrique de l'Ouest. Les hématies prennent une forme de faucille, se déforment mal dans les capillaires et se détruisent vite : anémie, crises douloureuses. Le dépistage et le suivi médical améliorent beaucoup la vie des malades.
3Je retiens
Je retiens
Le sang comprend le plasma (environ 55 %) et les éléments figurés (hématies, leucocytes, plaquettes).
Les hématies contiennent l'hémoglobine, protéine à fer qui transporte le dioxygène.
Hb + 4 O₂ ⇌ HbO₈ : fixation dans les poumons, libération dans les organes.
Un litre de sang artériel transporte environ 200 mL d'O₂, dont plus de 98 % par l'hémoglobine.
Le CO₂ est transporté surtout sous forme d'ions bicarbonate dans le plasma, mais aussi lié à l'hémoglobine et dissous.
Sang artériel : rouge vif, riche en O₂ ; sang veineux : rouge sombre, pauvre en O₂.
Le monoxyde de carbone bloque l'hémoglobine : jamais de fourneau ni de groupe électrogène dans une pièce fermée.
4Erreurs fréquentes
- Croire que le dioxygène voyage surtout dissous dans le plasma : il n'y en a qu'environ 3 mL par litre ; l'essentiel est fixé sur l'hémoglobine.
- Dire que le sang veineux ne contient plus de dioxygène : il en contient encore environ 150 mL par litre au repos.
- Confondre le dioxyde de carbone (CO₂, déchet de la respiration) et le monoxyde de carbone (CO, gaz toxique d'une mauvaise combustion).
- Penser que le sang veineux est bleu : il est rouge sombre ; les veines paraissent bleues à travers la peau.
5Je m’exerce
1Exercice 1
Nomme les éléments figurés du sang et donne le rôle de chacun.
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- Hématies (globules rouges) : transport des gaz respiratoires grâce à l'hémoglobine.
- Leucocytes (globules blancs) : défense de l'organisme contre les microbes.
- Plaquettes : coagulation du sang (arrêt des saignements).
2Exercice 2
Écris la réaction de fixation du dioxygène sur l'hémoglobine. Où se fait-elle dans un sens, et où dans l'autre ?
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Hb + 4 O2 rightleftharpoons HbO8. Dans les poumons, l'hémoglobine fixe le dioxygène (formation d'oxyhémoglobine). Dans les organes, l'oxyhémoglobine libère le dioxygène, qui diffuse vers les cellules.
3Exercice 3
Le sang d'une personne anémiée contient 90 g d'hémoglobine par litre. Sachant que 1 g d'hémoglobine fixe au maximum 1,34 mL de dioxygène :
a) Calcule le volume maximal de dioxygène fixé par l'hémoglobine d'un litre de son sang.
b) Compare à une personne qui a 150 g/L d'hémoglobine. Explique pourquoi la personne anémiée est vite essoufflée.
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a) 90 × 1,34 = 120,6 mL de dioxygène par litre de sang.
b) Avec 150 g/L : 150 × 1,34 = 201 mL. La personne anémiée transporte 201 − 120,6 = 80,4 mL de dioxygène de moins par litre, soit environ 40 % de moins (80,4 ÷ 201 = 0,4). Ses cellules, surtout ses muscles, reçoivent moins de dioxygène : pour compenser, sa respiration et son cœur s'accélèrent vite, d'où l'essoufflement.
4Exercice 4
Explique pourquoi dormir dans une pièce fermée avec un fourneau à charbon allumé peut être mortel. Donne deux conseils de prévention.
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Dans une pièce fermée, le charbon brûle mal (combustion incomplète) et produit du monoxyde de carbone, invisible et sans odeur. Ce gaz se fixe sur l'hémoglobine environ 200 fois plus facilement que le dioxygène et la bloque. Le sang ne transporte plus le dioxygène, les cellules du cerveau et du cœur en manquent : la personne endormie perd connaissance sans s'en rendre compte, et peut mourir.
Conseils : ne jamais laisser un fourneau allumé ou un groupe électrogène dans une pièce fermée ; toujours aérer ; en cas de malaise, sortir aussitôt à l'air libre et appeler les secours.
5Exercice 5
(Type BEPC) Données : teneurs en gaz (mL par litre de sang) chez un élève au repos, puis pendant une course.
Au repos : sang artériel O₂ = 200 ; sang veineux sortant des muscles O₂ = 150.
Pendant la course : sang artériel O₂ = 200 ; sang veineux sortant des muscles O₂ = 80.
a) Calcule le volume d'O₂ cédé aux muscles par litre de sang, au repos et pendant la course.
b) Explique cette différence.
c) Le sang artériel a la même teneur en O₂ dans les deux cas. Que peux-tu en déduire sur le fonctionnement des poumons pendant la course ?
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a) Au repos : 200 − 150 = 50 mL d'O₂ cédés par litre de sang. Pendant la course : 200 − 80 = 120 mL.
b) Pendant la course, les muscles travaillent beaucoup plus : leur respiration cellulaire augmente et ils consomment davantage de dioxygène. L'oxyhémoglobine libère donc plus de dioxygène dans les muscles (120 mL au lieu de 50 mL par litre).
c) Le sang qui sort des poumons est toujours aussi riche en dioxygène (200 mL/L), même s'il en arrive beaucoup plus appauvri : les poumons ont augmenté leurs échanges (la ventilation a augmenté) et rechargent complètement l'hémoglobine.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
Choisis une réponse pour chaque question : la correction s’affiche aussitôt.
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