Ressources · 5ᵉ · SVT
Nutrition des organes : besoins des cellules et transport par le sang
Rappels de 6e (organes, cellules, nutriments) ; ce dont chaque cellule a besoin et ce qu’elle rejette ; la respiration cellulaire, qui libère l’énergie du glucose ; les échanges aux poumons et aux muscles ; le sang, le cœur et les vaisseaux ; l’organisme à l’effort.
À propos de cette page
Des organes aux cellules : ce dont chaque cellule a besoin
En 6e, tu as vu que le corps est organisé en appareils, formés d’organes, eux-mêmes formés de cellules, et que les nutriments issus de la digestion passent dans le sang au niveau de l’intestin grêle. En 5e, on se place à l’échelle de la cellule : de quoi a-t-elle besoin, et comment le corps le lui apporte-t-il ?
Rappels de 6e
| Niveau | Exemple |
|---|---|
| Organisme | un être humain |
| Appareil | l’appareil circulatoire (le cœur et les vaisseaux sanguins), l’appareil respiratoire (la trachée et les poumons), l’appareil digestif |
| Organe | un muscle de la cuisse, un poumon, l’intestin grêle |
| Cellule | une cellule musculaire, une cellule de la peau |
Les aliments suivent le trajet bouche → œsophage → estomac → intestin grêle → gros intestin → anus. Dans l’intestin grêle, les nutriments traversent la paroi et passent dans le sang, qui les apporte à tous les organes. Les besoins de l’organisme dépendent de l’âge, du sexe, de la taille, du poids et de l’activité physique.
– de nutriments, les petites molécules issues de la digestion, qui lui apportent de la matière (pour grandir, se renouveler, se réparer) et de l’énergie ;
– de dioxygène, prélevé dans l’air par les poumons, qui lui sert à libérer l’énergie des nutriments.
Elle rejette des déchets : du dioxyde de carbone, et d’autres déchets comme l’urée.
C’est le sang qui apporte à chaque cellule ce dont elle a besoin et qui emporte ses déchets.
Les nutriments et leurs rôles
| Nutriment | Vient de la digestion… | Rôle principal |
|---|---|---|
| Glucose | des glucides (pain, pâtes, riz, fruits) | principale source d’énergie des cellules ; mis en réserve sous forme de glycogène dans le foie et les muscles |
| Acides aminés | des protéines (viande, poisson, œufs, lentilles) | construction : muscles, peau, cheveux, et toutes les cellules qui se renouvellent |
| Acides gras | des lipides (huile, beurre) | énergie, mise en réserve dans les graisses du corps ; construction de la membrane des cellules |
| Eau, sels minéraux, vitamines | ils passent dans le sang sans être digérés | ils n’apportent pas d’énergie, mais sont indispensables (le calcium pour les os, le fer pour les globules rouges) |
Aliment ou nutriment ? L’aliment est ce que l’on mange ; le nutriment est ce qui passe dans le sang après la digestion. Une tranche de jambon est un aliment ; les acides aminés tirés de ses protéines sont des nutriments.
Un morceau d’emmental est un aliment ; ses protéines, digérées, deviennent des acides aminés, que le sang apporte aux cellules qui se renouvellent.
Une cellule de la peau se divise pour remplacer celles qui meurent : elle utilise des acides aminés (de la matière) et du glucose avec du dioxygène (de l’énergie) ; elle rejette du dioxyde de carbone.
Entre deux repas, le foie puise dans sa réserve de glycogène et libère du glucose dans le sang : les cellules continuent d’en recevoir.
Réflexe — pour classer une substance, je me demande : est-ce ce que l’on mange (un aliment), ce qui passe dans le sang après la digestion (un nutriment), ou ce que la cellule rejette (un déchet) ?
Attention — le sang ne transporte jamais d’aliments, seulement des nutriments. Et le dioxygène n’est pas un nutriment : il ne vient pas de la digestion, mais de l’air, par les poumons.
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La respiration cellulaire : libérer l’énergie du glucose
Bouger, garder le corps chaud, fabriquer de nouvelles cellules : tout cela demande de l’énergie. La cellule la tire du glucose, grâce au dioxygène.
glucose + dioxygène → dioxyde de carbone + eau + énergie
Elle a lieu dans toutes les cellules, jour et nuit, même au repos et pendant le sommeil. Plus une cellule travaille, plus elle respire : elle consomme davantage de glucose et de dioxygène, et rejette davantage de dioxyde de carbone.
L’énergie libérée sert à bouger (la contraction des muscles), à produire de la chaleur (le corps reste vers 37 °C) et à fabriquer la matière des cellules.
Trois mots à ne pas confondre
| Ce que c’est | Où ? | |
|---|---|---|
| Ventilation | les mouvements de l’air : l’inspiration fait entrer l’air dans les poumons, l’expiration le fait sortir | dans l’appareil respiratoire |
| Échanges gazeux | le passage du dioxygène et du dioxyde de carbone à travers une paroi | aux poumons (entre l’air et le sang) et dans les organes (entre le sang et les cellules) |
| Respiration cellulaire | la transformation qui libère l’énergie du glucose | dans chaque cellule |
Un muscle qui travaille ne transforme en mouvement qu’environ le quart de l’énergie libérée : le reste devient de la chaleur. C’est pourquoi on a chaud pendant un effort.
Le cerveau ne représente qu’environ 2 % de la masse du corps, mais il utilise environ 20 % du dioxygène consommé au repos : ses cellules respirent sans arrêt, même pendant le sommeil.
Quand on a froid, on frissonne : les muscles se contractent par petites secousses, leurs cellules respirent davantage et produisent de la chaleur.
Au repos, les cellules d’un muscle de la jambe respirent peu ; pendant une course, beaucoup plus : le muscle prélève davantage de glucose et de dioxygène dans le sang, et y rejette davantage de dioxyde de carbone.
Réflexe — pour écrire le bilan, je mets à gauche de la flèche ce que la cellule utilise (glucose, dioxygène) et à droite ce qu’elle produit (dioxyde de carbone, eau, énergie).
Attention — « respirer », au sens courant (inspirer, expirer), c’est la ventilation. En SVT, la respiration cellulaire a lieu dans chaque cellule. Et la ventilation ne suffit pas : le dioxygène n’atteint les cellules que si le sang circule.
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Les échanges aux poumons et aux muscles
Le dioxygène doit passer de l’air au sang, puis du sang aux cellules ; le dioxyde de carbone fait le chemin inverse. Ces passages ont lieu là où le sang circule dans des capillaires, au contact de l’air (dans les poumons) ou des cellules (dans tous les organes).
Dans les poumons, l’air arrive jusqu’aux alvéoles pulmonaires, entourées de capillaires : le dioxygène passe de l’air au sang, le dioxyde de carbone du sang à l’air. L’air expiré contient donc moins de dioxygène et plus de dioxyde de carbone que l’air inspiré.
Dans un organe, par exemple un muscle, le sang des capillaires cède du dioxygène et du glucose aux cellules et reçoit leur dioxyde de carbone : le sang qui sort est plus pauvre en dioxygène et en glucose, et plus riche en dioxyde de carbone, que le sang qui entre.
Aux poumons
L’air entre par le nez ou la bouche, descend par la trachée, les bronches et les bronchioles jusqu’aux alvéoles : de minuscules sacs, près de 500 millions en moyenne chez un adulte. Mises à plat, leurs parois couvriraient de 70 à 120 m² selon les mesures ; collées aux capillaires, elles mesurent moins d’un millième de millimètre d’épaisseur. Une grande surface, une paroi très fine et beaucoup de capillaires : les échanges sont rapides.
| Gaz | Air inspiré | Air expiré |
|---|---|---|
| Dioxygène | 21 % | 16 % |
| Dioxyde de carbone | 0,04 % | 4 % |
Le diazote, qui forme environ 78 % de l’air, n’est pas utilisé par les cellules. L’eau de chaux se trouble au contact du dioxyde de carbone : si l’on y fait barboter de l’air expiré, elle se trouble en quelques minutes ; dans un flacon témoin, identique mais où l’on fait barboter de l’air de la pièce, elle reste limpide. La comparaison montre que l’air expiré est bien plus riche en dioxyde de carbone.
Aux muscles
| Dans 100 mL de sang | Entrée du muscle | Sortie, au repos | Sortie, pendant un effort |
|---|---|---|---|
| Dioxygène | 20 mL | 15 mL | 5 mL |
| Glucose | le plus | un peu moins | encore moins |
| Dioxyde de carbone | le moins | un peu plus | encore plus |
Au repos, le muscle prélève 20 − 15 = 5 mL de dioxygène dans 100 mL de sang ; pendant l’effort, 20 − 5 = 15 mL, trois fois plus : ses cellules respirent davantage. Les mêmes échanges ont lieu dans tous les organes : cerveau, cœur, estomac…
Dans 100 mL de sang qui entre dans le cerveau, il y a environ 20 mL de dioxygène ; à la sortie, il en reste environ 13 mL : le cerveau en a prélevé 20 − 13 = 7 mL.
Dans une alvéole, l’air est riche en dioxygène et le sang qui arrive en est pauvre : le dioxygène diffuse vers le sang. Dans un muscle, c’est l’inverse : il diffuse du sang vers les cellules, qui l’utilisent sans arrêt.
Le sang qui sort d’un muscle de la cuisse pendant une course est plus chaud que celui qui y entre : les cellules lui ont aussi cédé de la chaleur.
Réflexe — pour lire un tableau « entrée / sortie », je soustrais : ce qui diminue a été prélevé par l’organe, ce qui augmente a été rejeté.
Attention — l’air expiré n’est pas vide de dioxygène : il en contient encore environ 16 %. Les poumons n’en retiennent qu’une petite partie à chaque inspiration : c’est pourquoi le bouche-à-bouche peut apporter du dioxygène à une personne qui ne respire plus.
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Le sang, le cœur et les vaisseaux
Le sang relie les organes qui font entrer ce dont les cellules ont besoin (l’intestin grêle pour les nutriments, les poumons pour le dioxygène) à toutes les cellules, puis les cellules aux organes qui rejettent les déchets (les poumons pour le dioxyde de carbone, les reins pour l’urée).
– le plasma transporte les nutriments, la plus grande partie du dioxyde de carbone et les déchets comme l’urée ;
– les globules rouges contiennent l’hémoglobine, qui fixe le dioxygène dans les poumons et le libère dans les organes ;
– les globules blancs défendent l’organisme ; les plaquettes arrêtent les saignements.
Le cœur, un muscle creux, est une pompe : ses contractions propulsent le sang dans les artères, qui partent du cœur. Le sang traverse les capillaires des organes, où se font les échanges, puis revient au cœur par les veines. Il circule toujours dans le même sens, dans des vaisseaux fermés.
Il y a deux circuits : la moitié droite du cœur envoie le sang vers les poumons, où il se charge en dioxygène ; la moitié gauche l’envoie vers tous les autres organes.
Sur ce schéma, le cœur est vu de face, comme sur une personne placée devant toi : sa moitié droite est donc à gauche.
La paroi des capillaires n’a qu’une seule couche de cellules, et chaque cellule du corps est proche d’un capillaire. Au repos, le cœur d’un adulte envoie environ 5 litres de sang par minute, à peu près tout le sang du corps : le sang fait le tour du corps en une minute environ. Des valvules, dans le cœur et dans les veines, l’empêchent de revenir en arrière.
Un peu d’histoire. En 1628, le médecin anglais William Harvey publie la démonstration que le sang circule en boucle, propulsé par le cœur, et revient au cœur par les veines.
Un globule rouge chargé de dioxygène quitte les poumons, passe par la moitié gauche du cœur, une artère, puis les capillaires d’un muscle du bras, où il cède son dioxygène ; il revient par une veine à la moitié droite du cœur, qui le renvoie aux poumons.
Après une coupure au doigt, les plaquettes s’accumulent et forment un bouchon : le saignement s’arrête.
Un adulte a environ 5 litres de sang. Chaque millimètre cube en contient environ 5 millions de globules rouges, fabriqués dans la moelle des os ; chacun vit environ 120 jours.
Réflexe — pour suivre le sang, je pars du cœur : artère → capillaires d’un organe (les échanges) → veine → cœur. Pour suivre le dioxygène : air → alvéole → sang (hémoglobine) → moitié gauche du cœur → artère → capillaire → cellule.
Attention — le sang n’est jamais bleu : riche en dioxygène, il est rouge vif ; pauvre en dioxygène, rouge sombre. Les veines paraissent bleutées à travers la peau, c’est tout. Et une artère n’est pas définie par son sang : elle part du cœur. Celle qui va aux poumons transporte du sang pauvre en dioxygène.
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L’organisme à l’effort
Pendant une course, les muscles des jambes travaillent beaucoup plus qu’au repos. Comment l’organisme leur apporte-t-il assez de dioxygène et de glucose ?
– la fréquence respiratoire (le nombre de mouvements respiratoires par minute) et le volume d’air de chaque mouvement augmentent : le débit ventilatoire augmente ;
– la fréquence cardiaque (le nombre de battements par minute) et le volume de sang éjecté à chaque battement augmentent : le débit cardiaque augmente, et les vaisseaux des muscles s’élargissent ;
– le foie libère du glucose dans le sang ; la peau transpire pour évacuer la chaleur.
Débit = fréquence × volume à chaque fois. Après l’effort, les fréquences reviennent peu à peu à leur valeur de repos : c’est la récupération.
| Valeurs habituelles | Au repos | Pendant un effort intense |
|---|---|---|
| Fréquence respiratoire | environ 15 par minute | jusqu’à 40 par minute ou plus |
| Volume d’air par mouvement | environ 0,5 L | 2 à 3 L |
| Fréquence cardiaque | environ 70 battements par minute | 150 à 200 battements par minute |
| Sang reçu par les muscles | environ 1 L par minute | 15 à 20 L par minute |
Sur cette courbe (mesures d’un élève), le cœur accélère dès le début de l’effort, puis met plusieurs minutes à retrouver son rythme de repos. Pendant la récupération, les muscles reconstituent leurs réserves.
Chez un sportif entraîné, le cœur, plus musclé, éjecte plus de sang à chaque battement : au repos, il bat souvent plus lentement que celui d’une personne peu active, pour le même débit.
Au repos, Yanis fait 12 mouvements respiratoires par minute, de 0,5 L chacun : son débit ventilatoire est de 12 × 0,5 = 6 L/min. En courant, il en fait 48 de 2 L : 48 × 2 = 96 L/min, soit 96 ÷ 6 = 16 fois plus.
Au repos, le cœur d’Inès bat 60 fois par minute et éjecte 80 mL à chaque battement : 60 × 80 = 4 800 mL, soit 4,8 L/min.
Un cycliste qui monte un col a le visage rouge et transpire : les vaisseaux de sa peau s’élargissent et la sueur, en s’évaporant, évacue la chaleur produite par ses muscles.
Réflexe — pour calculer un débit, je multiplie la fréquence (combien de fois par minute) par le volume à chaque fois, dans la même unité ; pour comparer l’effort au repos, je divise le débit à l’effort par le débit au repos.
Attention — à l’effort, on ne respire pas seulement plus vite, mais aussi plus profondément ; et le cœur ne bat pas seulement plus vite : il éjecte aussi plus de sang à chaque battement.
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Pour aller plus loin
Ces notions touchent au chapitre, mais elles sont traitées ailleurs ou se verront plus tard.
- Comment les aliments deviennent des nutriments (les sucs digestifs et leurs enzymes) et comment les nutriments traversent la paroi de l’intestin grêle (les villosités) : chapitre « Digestion : des aliments aux nutriments ».
- Comment les reins débarrassent le sang de l’urée et fabriquent l’urine : chapitre « Excrétion : le rôle des reins ».
- Les organes respiratoires des autres animaux (branchies, trachées, peau), les surfaces d’échange et la respiration des végétaux : chapitre « Respiration : échanges gazeux et occupation des milieux ».
- Rappels de 6e : le trajet des aliments et les besoins de l’organisme, dans le chapitre « Alimentation humaine : besoins et comportements favorables à la santé » ; organisme, appareils, organes et cellules, dans le chapitre « Organisation du vivant : la cellule ».
- Se verra en 4e : comment les globules blancs défendent l’organisme. En 3e : comment le système nerveux commande les muscles et règle le cœur et la respiration pendant l’effort, l’entraînement et le dopage.
- Chaque cellule a besoin de nutriments (matière et énergie) et de dioxygène ; elle rejette du dioxyde de carbone et d’autres déchets, comme l’urée. L’aliment se mange, le nutriment passe dans le sang.
- Respiration cellulaire : glucose + dioxygène → dioxyde de carbone + eau + énergie, dans toutes les cellules, jour et nuit. Ne pas la confondre avec la ventilation ni avec les échanges gazeux.
- Les gaz passent par diffusion à travers la paroi des capillaires : aux alvéoles, le dioxygène entre dans le sang et le dioxyde de carbone en sort ; dans les organes, c’est l’inverse.
- Le sang (plasma, globules rouges à hémoglobine, globules blancs, plaquettes) est propulsé par le cœur : artères → capillaires → veines. La moitié droite du cœur l’envoie aux poumons, la moitié gauche aux autres organes.
- À l’effort, les fréquences respiratoire et cardiaque et les volumes augmentent : débit = fréquence × volume. Après l’effort vient la récupération.
Questions fréquentes
De quoi les cellules ont-elles besoin ?
Chaque cellule a besoin de nutriments (glucose, acides aminés, acides gras, eau, sels minéraux, vitamines), qui lui apportent matière et énergie, et de dioxygène. Elle rejette du dioxyde de carbone et d’autres déchets, comme l’urée. Le sang lui apporte ses besoins et emporte ses déchets.
Qu’est-ce que la respiration cellulaire ?
C’est la transformation qui libère l’énergie du glucose dans chaque cellule : glucose + dioxygène → dioxyde de carbone + eau + énergie. Elle a lieu dans toutes les cellules, jour et nuit. Il ne faut pas la confondre avec la ventilation (inspirer, expirer).
Comment se font les échanges aux poumons et aux muscles ?
Par diffusion, à travers la paroi des capillaires. Dans les alvéoles des poumons, le dioxygène passe de l’air au sang et le dioxyde de carbone du sang à l’air. Dans un muscle, le sang cède du dioxygène et du glucose aux cellules et reçoit leur dioxyde de carbone.
Quel est le rôle du sang et du cœur ?
Le sang transporte le dioxygène (fixé par l’hémoglobine des globules rouges), les nutriments et les déchets (dans le plasma). Le cœur le propulse dans les artères ; il traverse les capillaires des organes, puis revient au cœur par les veines. La moitié droite du cœur envoie le sang aux poumons, la moitié gauche aux autres organes.
Que se passe-t-il dans le corps pendant un effort ?
Les muscles respirent davantage. La fréquence respiratoire et le volume de chaque inspiration augmentent, la fréquence cardiaque et le volume éjecté aussi : les débits ventilatoire et cardiaque augmentent (débit = fréquence × volume). Après l’effort, la récupération ramène peu à peu les valeurs de repos.
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