Exercices: L'appareil circulatoire

Nommer les trois composants du sang qui assurent les fonctions de transport, de défense et de coagulation, et indiquer ce que fait chacun d'eux.

Observer l'image du cœur en coupe. Indiquer quels numéros désignent les deux oreillettes et lesquels désignent les deux ventricules, et expliquer une différence entre les parois des uns et des autres.

Compléter la phrase avec les termes corrects : « Les $\dots$ conduisent le sang du cœur vers les organes, les $\dots$ le ramènent des organes vers le cœur et les $\dots$ sont des vaisseaux très fins où se produit l'échange de substances avec les tissus ».

Expliquer ce qu'est le plasma sanguin, quel aspect présente le sang lorsque ses composants sont séparés et citer deux types de substances qui y voyagent dissoutes.

Nommer les quatre cavités du cœur et indiquer par laquelle de ces cavités entre le sang pauvre en dioxygène provenant du corps et depuis laquelle sort le sang riche en dioxygène vers tout l'organisme.

Expliquer ce que sont les plaquettes et décrire, étape par étape, ce qui se passe lorsque l'on se fait une petite coupure sur la peau, jusqu'à l'arrêt du saignement.

Indiquer si ces affirmations sont vraies ou fausses et justifier la réponse : a) tout le sang qui circule dans les artères est riche en dioxygène ; b) les capillaires relient les artères aux veines ; c) les valvules du cœur empêchent le sang de refluer.

Expliquer ce que sont les globules blancs et justifier pourquoi leur nombre dans le sang augmente lorsque nous avons une infection.

Décrire le trajet complet du sang dans les deux circuits de l'appareil circulatoire : la petite circulation (ou circulation pulmonaire), en indiquant dans quelle cavité du cœur elle commence, quel vaisseau en fait sortir le sang, ce qui lui arrive dans les poumons, par quel vaisseau et dans quelle cavité il revient ; et la grande circulation (ou circulation générale), en indiquant de quelle cavité le sang part, par quelle grosse artère, vers quelles parties du corps il est conduit et par quelle grosse veine il revient au cœur.

Sur l'image du cœur, on distingue les valvules numérotées entre les cavités. Expliquer le rôle de ces valvules et justifier quel problème aurait une personne dont la valvule située entre l'oreillette et le ventricule gauches ne se fermerait pas correctement.

Un enfant prend son pouls au poignet et compte $72$ battements en une minute ; après avoir couru pendant la récréation, il compte $115$ battements en une minute. Expliquer pourquoi la fréquence cardiaque augmente lors d'un exercice physique, en la reliant aux besoins des cellules musculaires.

Les artères ont des parois épaisses et élastiques, et les veines des parois plus fines. Relier cette différence à la pression à laquelle le sang circule dans chaque type de vaisseau et expliquer ce qui se passerait si une veine devait supporter la pression d'une artère.

Expliquer ce qu'est la tension artérielle, quelles deux valeurs sont mesurées lorsqu'on la prend et dans quel type de vaisseau on la mesure généralement, et justifier pourquoi la maintenir constamment élevée finit par abîmer les vaisseaux sanguins.

Suivre le trajet d'une molécule de glucose depuis son absorption dans l'intestin grêle jusqu'à son arrivée dans une cellule de la cuisse, en indiquant par quels vaisseaux elle circule, quelles cavités du cœur elle traverse et quel « détour » obligé elle effectue avant d'atteindre sa destination.

On dit que le cœur est en réalité « deux pompes en une ». Expliquer ce que signifie cette expression, quelle paroi interne sépare les deux moitiés et quel problème il y aurait si le sang des deux côtés se mélangeait.

Lors d'un don de sang, on prélève environ $450\ \text{mL}$. Si un adulte possède environ $5\ \text{L}$ de sang, calculer quel pourcentage de son sang il donne et expliquer pourquoi l'organisme peut reconstituer cette quantité en quelques semaines sans problème.

Un patient consulte un médecin et on lui diagnostique une hypertension pulmonaire grave (la résistance des vaisseaux qui vont aux poumons est anormalement élevée), alors que la pression dans le reste du corps est normale. Au bout de deux ans, une échographie révèle que la paroi musculaire de l'un de ses deux ventricules a doublé d'épaisseur pour compenser ce surcroît d'effort.

1. a) Justifier lequel des deux ventricules a vu son épaisseur augmenter.
2. b) Prévoir les conséquences que cela aurait pour les échanges gazeux dans les alvéoles et pour l'organisme si ce ventricule finissait par défaillir par épuisement musculaire.

Un camarade de classe lit que le cœur d'un adulte pompe environ $7500\ \text{L}$ de sang chaque jour et affirme : « Ça doit être une erreur d'impression, c'est impossible, car si nous n'avons qu'environ $5\ \text{L}$ de sang dans le corps, nous devrions fabriquer et détruire plus de $7000\ \text{L}$ de sang par jour ».

1. a) Démontrer par un calcul si le chiffre de $7500\ \text{L/jour}$ est vraisemblable pour une personne dont le cœur bat à $75$ pulsations par minute en éjectant $70\ \text{mL}$ de sang à chaque battement (exprimer le résultat en litres).
2. b) Réfuter par des arguments biologiques l'affirmation de ton camarade en expliquant comment la structure fermée et le trajet continu de l'appareil circulatoire permettent de pomper ce volume quotidien avec seulement $5\ \text{L}$ de sang.

Un élève pose la question suivante en classe : « Les cavités du cœur sont continuellement remplies de sang riche en dioxygène provenant des poumons. Il n'est donc pas logique qu'une obstruction des artères coronaires provoque un infarctus, puisque le muscle cardiaque pourrait absorber les nutriments directement dans le sang qu'il pompe ».

1. a) Réfuter cet argument en justifiant pourquoi les cellules du myocarde ne peuvent pas se nourrir directement par diffusion depuis l'intérieur des cavités cardiaques et dépendent exclusivement des artères coronaires.
2. b) Expliquer l'« effet domino » qui se produit dans le reste de l'organisme lorsqu'une zone du muscle cardiaque se nécrose, en le comparant à ce qui se passerait si l'artère obstruée se trouvait dans un bras.

Un élève essaie de vérifier si son camarade a un pouls en plaçant fermement ses doigts sur une veine visible sur le dos de la main. Ne percevant aucune pulsation, il affirme, inquiet : « Il n'a pas de pouls, donc le sang ne circule pas dans cette veine ».

1. a) Réfuter la conclusion de l'élève en expliquant quel phénomène mécanique est exactement à l'origine de l'onde de pouls et pourquoi ce pouls disparaît lorsque le sang traverse les capillaires et arrive dans les veines, alors que le sang continue de circuler.
2. b) Justifier quelle différence de structure de la couche élastique des parois des artères (par rapport aux veines) leur permet de supporter et d'amortir cette pulsation de pression sans se rompre.

Dans un centre médical, on analyse les cas de trois patients qui consultent avec un symptôme identique : ils souffrent d'une fatigue musculaire extrême et sont essoufflés au moindre effort physique.

• Patient A : globules rouges et hémoglobine normaux, mais son cœur pompe à la moitié de sa capacité à cause d'une insuffisance cardiaque.

• Patient B : cœur et poumons en parfait état, mais il souffre d'une anémie sévère avec un taux d'hémoglobine de $6,5\ \text{g/dL}$ (la valeur normale est de $12\text{--}15\ \text{g/dL}$).

• Patient C : cœur et analyse de sang normaux, mais il souffre d'une affection qui réduit fortement l'absorption des nutriments dans son intestin grêle.

1. a) Justifier pourquoi les trois patients présentent exactement la même fatigue musculaire, en identifiant quel processus chimique cellulaire est limité dans les mitochondries de leurs muscles dans chaque cas.
2. b) Expliquer pourquoi l'organisme du patient B tente de compenser son état en augmentant la fréquence cardiaque et la fréquence respiratoire.

Les membres de la garde royale doivent rester complètement droits et immobiles pendant des heures. Il arrive souvent que certains aient des vertiges soudains, voire des malaises. En revanche, si on leur permet de contracter rythmiquement les mollets en montant sur la pointe des pieds sans se déplacer, les malaises sont totalement évités.

1. a) Expliquer comment la pesanteur, la contraction des muscles des jambes et les valvules en nid de pigeon des veines interviennent pour permettre au sang de revenir au cœur.
2. b) Justifier pourquoi rester debout et immobile réduit l'irrigation sanguine du cerveau et provoque le malaise, et prévoir quelle altération subiront à long terme les valvules veineuses si une personne travaille pendant des années de nombreuses heures debout sans bouger (apparition de varices).

Au repos, une personne sédentaire comme une athlète de haut niveau ont besoin que leur cœur pompe exactement le même volume total de sang par minute : $4,8\ \text{L/min}$ ($4800\ \text{mL/min}$).

• La personne sédentaire a une fréquence cardiaque au repos de $80$ battements/min.

• L'athlète a une fréquence cardiaque au repos de $48$ battements/min.

1. a) Calculer le volume de sang éjecté par le ventricule de chaque personne en un seul battement (l'exprimer en $\text{mL}$).
2. b) À partir des calculs, justifier quels changements le myocarde de l'athlète a subis grâce à l'entraînement pour être plus efficace.
3. c) Prévoir ce qui arrivera à la fréquence cardiaque de chacune si elles se mettent à courir à une vitesse qui exige un débit cardiaque de $14\ \text{L/min}$, et justifier laquelle atteindra la première sa limite de fatigue.

Un caillot qui bloque une artère cérébrale provoque un AVC, alors que s'il bloque une artère coronaire, il cause un infarctus du myocarde. Dans les deux cas, les services d'urgence affirment que « le temps, c'est du tissu » et que chaque minute de retard aggrave gravement le pronostic.

1. a) Expliquer la suite d'événements à l'échelle cellulaire (du manque de dioxygène et de glucose jusqu'à la mort cellulaire ou nécrose) que subissent les cellules touchées (neurones ou cellules du myocarde) après l'obstruction.
2. b) Justifier pourquoi administrer un médicament qui dissout le caillot dans la première heure peut permettre de récupérer complètement la fonction de l'organe, alors que ce même traitement perd progressivement en efficacité et, après plusieurs heures, ne peut plus récupérer le tissu mort.
3. c) Justifier pourquoi les séquelles d'un AVC (comme la perte de la parole ou de la mobilité) sont souvent irréversibles ou très difficiles à récupérer, en les reliant à la capacité de division et de régénération du tissu nerveux par rapport à d'autres tissus.