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L’appareil cardio-vasculaire et la circulation sanguine

L’organisation du cœur Activité 1

Si le cœur s’arrête de battre, le cerveau cesse d’être alimenté et meurt. Cette observation montre l’importance vitale de la mise en mouvement du sang par le cœur. •

1. Le Cœur : Localisation et description externe

Document 1 A : Radiographie du thorax humain

1.

Faites un schéma légendé du document 1 A. Placez-y le cœur.

2.

Donnez-en la taille approximative.

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Légende : a : ventricule droit b : ventricule gauche c : oreillette droite

d : oreillette gauche e : artère aorte f : artères pulmonaires

Document 1 B : Cœur – vue antérieure

g : veine cave inférieure h : veine cave supérieure i : veines pulmonaires

Document 1 C : Cœur – vue postérieure

Document 1 B - C : Le cœur du mouton

3.

Identifiez les oreillettes et les ventricules. (Remarquez que la pointe du cœur appartient au ventricule gauche.)

4.

Donnez le nom des éléments dans lesquels les tuyaux de couleur sont mis. (Rappel : couleur bleue pour le sang pauvre en O2, couleur rouge pour le sang riche en O2.)

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2. L’anatomie du cœur

Deux manipulations sont réalisées avec un cœur de mouton qui présente une organisation identique à celle du cœur humain.

On introduit un tube flexible dans la veine cave supérieure (la veine cave inférieure est ligaturée), puis on branche ce tube sur un robinet. L’eau ressort par les artères pulmonaires. La même manipulation est reproduite en introduisant le tube dans l’une des veines pulmonaires (les trois autres étant obstruées). Lorsque l’on ouvre le robinet, l’eau ressort par le tronc aortique.

Document 2 A : Coupe longitudinale du cœur

Document 2 B : Coupe transversale du cœur au niveau des ventricules

Légende : 4 : aorte 12 : orifice de l’aorte 13 : orifice des artères coronaires 14 : valvules sigmoïdes

15 : valvules mitrales 16 : fibres tendineuses 17 : piliers charnus 18 : paroi du ventricule gauche 19 : ventricule droit

20 : paroi du ventricule droit 21 : ventricule gauche 22 : piliers charnus du ventricule gauche

Document 2 A – B : Le cœur de mouton

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5.

Comparez l’épaisseur de la paroi ventriculaire de la partie droite à celle de la partie gauche du coeur. Que constatez-vous ?

6.

Dites si les deux parties communiquent entre elles. Justifiez votre réponse.

On introduit maintenant le même tube soit dans le tronc commun des artères pulmonaires soit dans le tronc aortique. L’eau ne ressort pas par les veines dans les deux cas.

Document 2 C : Schéma d’organisation du cœur humain – coupe longitudinale

Document 2 D : Schéma incomplet du cœur – coupe longitudinale Document 2 C – D : Le cœur humain

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7.

En vous aidant du document 2 C, complétez le schéma du cœur (document 2 D) en y mettant le nom des vaisseaux et des parties du cœur.

8.

Matérialisez par des flèches bleues et rouges (voir documents 1 B et 1 C) les lieux d’entrée et de sortie de l’eau au cours de la première manipulation.

9.

Nommez les valvules situées entre l’oreillette et le ventricule (documents 2 A et 2 C).

10. Observez leur forme, comparez-la à celles des valvules sigmoïdes (documents 2 A et 2 C). Recherchez leur

rôle dans le sens d’écoulement du sang.

3. La vascularisation du cœur

Document 3 : Radiographie des artères coronaires du cœur

11. Qu’observez-vous ? 12. Tirez-en une conclusion quant au mode d’alimentation du cœur.

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4. Le myocarde

Document 4 A : Coupe longitudinale de myocarde (M.O.)

Document 4 B : Coupe longitudinale de muscle squelettique (M.O. x 75)

13. Faites une mise en relation des deux coupes pour en déduire le type de tissu dont est constitué le cœur. 14. Recherchez le sens du mot myocarde et justifiez votre réponse d’après vos observations. 15. Donnez les particularités présentes dans le myocarde par rapport au muscle squelettique. 16. Faites un schéma légendé des deux coupes de tissu musculaire.

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5. L’innervation du cœur

Légende : En vert : voies sensorielles En rouge : voies motrices (orthosympathiques) En bleu : voies motrices (parasympathiques) Document 5 : Schéma fonctionnel des centres et des voies nerveuses intervenant dans la régulation cardiaque

17. Donnez le rôle des nerfs sensitifs du cœur. 18. Trouvez et situez les centres nerveux de la régulation cardiaque. 19. Nommez le nerf moteur (x) ? Dites à quel type de système nerveux il appartient. 20. Faites un schéma simplifié de « l’arc réflexe » de la régulation cardiaque.

Le cœur isolé hors du corps continue à battre pourvu qu’il soit placé dans des conditions physiologiques qui le permettent. Chez le chien ou chez l’homme, le cœur isolé du corps bat à un rythme d’environ 120 battements par minute. 21. Justifiez la phrase suivante : « le cœur a un fonctionnement automatique et rythmique ».

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L’activité cardiaque Activité 2

L’activité cardiaque se traduit par de nombreuses manifestations dont les plus connues sont les battements et les bruits qui permettent au médecin de vérifier le bon fonctionnement du cœur lorsqu’il l’ausculte. •

1. Le pouls

Document 1 A : Un repérage du pouls

Document 1 B : Schéma des différents points au niveau desquels on peut prendre le pouls

1.

Où pouvez-vous prendre le pouls ?

2.

Trouvez-vous un même rythme partout ?

3.

Comptez le nombre de battements pendant une minute au repos ? Faites la même opération après avoir fait dix flexions. Interprétez les résultats obtenus.

4.

Comparez le pouls avec le rythme des contractions cardiaques. Emettez une hypothèse quant à la signification du pouls.

5.

Citez des facteurs qui le modifient.

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2. L’activité cardiaque

En plaçant l’oreille sur la poitrine du patient, le médecin perçoit la succession répétée d’un bruit sourd et prolongé ainsi que d’un second bruit sec, aigu et court. 6.

Emettez une hypothèse quant à l’origine de ces bruits (aidez-vous aussi du document 3).

7.

Donnez la durée de temps séparant chacun de ces bruits (document 3).

La pompe cardiaque fonctionne en deux temps : au cours de la systole (en rouge), le cœur se contracte. Au cours de la diastole (en bleu), le cœur se relâche. Le document 2 représente en superposition les deux phases. 8.

Nommez chacune d’elles (voir document 3)

aussi

Le cycle cardiaque dit encore révolution cardiaque comprend la succession de la systole auriculaire, suivie de la systole ventriculaire, puis de la diastole (relâchement du cœur). C’est le repos général du cœur. 9.

Dites ce qu’indiquent la flèche bleue et la flèche rouge.

Document 2 : Schéma de la représentation en superposition des deux phases de l’activité cardiaque

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3. Le cycle cardiaque

Document 3 : La révolution cardiaque ou cycle cardiaque

a : la diastole 10. D’après le document 3, dites ce qui se produit pendant la période de repos ou diastole. Expliquer le

déplacement de sang en considérant les pressions dans l’oreillette et dans le ventricule gauches durant cette période (voir le document 4 ci-après). Faites le parallèle avec la moitié droite du cœur. 11. Décrivez les positions des diverses valvules. 12. Donnez la durée de cette phase.

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b : la systole 13. Expliquez le devenir du sang durant la systole des oreillettes. 14. Donnez la durée de la systole auriculaire, la position des valvules, les changements de volume ventriculaire. 15. Emettez une hypothèse sur le fait que le sang n’entre-t-il pas immédiatement dans l’aorte et les artères

pulmonaires lors de la systole ventriculaire. •

4. Evolution de la pression sanguine et des volumes cardiaques

Document 4 A : Cœur gauche

Document 4 B : Cœur droit

Document 4 : Pressions intracardiaques et artérielles, et volumes ventriculaires

16. D’après les documents 3 et 4, dites si les événements des cœurs droit et gauche sont synchrones.

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17. Comparez le volume d’éjection du ventricule droit à celui du ventricule gauche. Comparez les pressions

ventriculaires du sang. 18. Mettez en relation vos observations sur l’épaisseur des parois ventriculaires et celles sur les pressions

ventriculaires. 19. Concluez, en une phrase, sur ce qu’est l’activité cardiaque.

Conclusion

Au cours d’une vie humaine, le cœur se contracte 4 à 5 milliards de fois et expulse plusieurs centaines de millions de litres de sang. Chez un sujet au repos, le débit de sang par ventricules et par minute est de 5 litres. Le cœur fournit un travail quotidien équivalent à celui qui est nécessaire pour soulever 15 tonnes à un mètre de hauteur !

20. Commentez ces chiffres surprenants du travail du cœur. 21. Donnez une explication sur cette capacité de travail du cœur. 22. Faites un tableau où vous inscrirez pour chaque période (que l’on appellera 1, 2, 3…) la phase du cycle dont

il s’agit, les changements de pression et de volume, la position des valvules, les bruits et les durées.

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La circulation du sang Activité 3 •

1. La circulation sanguine du corps Le médecin anglais W. Harvey (18ème siècle) décrit ainsi ses découvertes sur la circulation : Considérons la capacité intérieure du cœur. Admettons que le cœur renferme deux onces (1 once = 30,59 grammes) de sang. Le pouls bat 72 fois par minute. En une heure, le ventricule gauche aura envoyé dans l’aorte environ 8640 onces de sang (72 x 2 x 60 = 8640) ce qui fait trois fois le poids du corps. D’où vient cette quantité ? Où peut-elle aller ? « Nous sommes amenés à conclure que le sang des animaux est poussé selon un trajet fermé comme un cercle et qu’il est en état de mouvement. Tout démontre donc que le sang chassé par les ventricules parcourt les artères de toutes les parties du corps. Les veines ramènent le sang de toute part de la périphérie vers le cœur. »

Document 1B : Schéma de la circulation à compléter 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18.

Document 1A : Organisation de la circulation sanguine humaine

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veines jugulaires veine cave supérieure veine cave inférieure veine sus-hépatique foie veine porte hépatique intestin veine iliaque veines fémorales artère carotide artère aorte artère pulmonaire gauche veines pulmonaires estomac rate rein artère iliaque artère fémorale

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1.

Lisez attentivement le texte puis complétez le document 1 B en mettant une légende à la place de chaque numéro à l’aide du document 1 A.

2.

Mettez-y des flèches (en utilisant les couleurs conventionnelles, rouge et bleue) pour symboliser la circulation du sang riche en oxygène d’une part et pauvre en oxygène d’autre part entre les organes représentés.

3.

En vous aidant du document 1 A, nommez les vaisseaux qui entrent et qui sortent de ces organes. Pourquoi parle-t-on de circulations pulmonaire, générale et hépatique ?

2. La circulation sanguine au niveau des capillaires

Document 2 : Organisation du réseau capillaire

4.

Dites comment on passe des artères aux veines.

5.

Quand le vaisseau « court-circuit » (1) est largement ouvert, le sang ne passe plus dans le réseau capillaire. Expliquez ce qui se passe à l’inverse lorsqu’il est fermé.

6.

De même, trouvez le rôle des zones (2) lorsqu’elles sont ouvertes ou fermées.

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3. Artère et veine

Document 3 A : Artère et veine – coupe transversale

Document 3 B : Schéma des caractéristiques structurales

Document 3 C : Schéma d’une portion de veine de la partie inférieure du corps

Les grosses artères (les plus grosses sont l’artère aorte et les deux artères pulmonaires, et ont de 2 à 2,5 cm de diamètre), les artères et surtout les artérioles peuvent se contracter sous la commande du système nerveux et de diverses substances. 7.

Comparez la paroi de l’artère et celle de la veine. Puis comparez-les à celles des capillaires (voir document 4 ci-dessous).

8.

Trouvez quel peut être l’effet de la contraction des fibres musculaires des petites artères.

9.

Trouvez les structures spécifiques observées dans les veines de la partie inférieure du corps et dites quel est leur rôle (document 3 C).

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4. Capillaire sanguin

Document 4 : Schéma d’un capillaire avec sphincter précapillaire

10. Recherchez les facteurs qui favorisent les échanges entre le sang et le milieu interstitiel au niveau des

capillaires (documents 4 et 5). 11. Comment pouvez-vous expliquer qu’un individu ait le visage rouge lorsqu’il a trop chaud ou la peau

blanche lorsqu’il a froid ?

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5. L’écoulement sanguin

Document 5 : Vitesse d’écoulement du sang en fonction de la surface de section transversale des vaisseaux

12. Calculez le rapport entre la vitesse du sang dans les capillaires et la vitesse d’écoulement dans les grosses

artères. 13. Donnez le rôle joué par la diminution de vitesse dans les capillaires.

Conclusion

14. Schématisez le trajet du sang dans le corps. (Utilisez des flèches rouges et bleues) 15. Expliquez comment un écoulement périodique et rythmé du sang à la sortie du cœur est transformé

finalement en une circulation continue. 16. Citez les autres facteurs qui facilitent cette circulation continue. 17. Expliquez comment se fait l’écoulement du sang dans des vaisseaux des différentes catégories.

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La tension artérielle La dynamique circulatoire Activité 4

1. La tension artérielle

Document 1 : Photographie de la prise de tension

La prise de tension se fait à l’aide du sphygmomanomètre. Avec le brassard gonflable, le médecin comprime le bras du patient. L’appareil appliqué sur l’artère du pli du coude permet de suivre les battements du sang dans celle-ci. Lorsque le médecin n’entend plus le battement, la pression est alors supérieure à celle dans l’artère. Il laisse s’échapper lentement l’air ; lorsqu’il entend à nouveau les bruits, il note la valeur ; elle est maximale. Il continue à laisser échapper l’air jusqu’à ce que le bruit dans l’artère disparaisse. La valeur est alors minimale.

1.

Expliquez ce qu’est la tension artérielle.

2.

Lorsqu’un médecin donne à son patient une tension de 110 – 70 mm de Hg par exemple, trouvez une explication à ces deux nombres en vous aidant du document 4 de l’activité 2.

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2. La pression sanguine

tension artérielle, en mm de Hg

Document 2 A : Evolution de la pression sanguine cardiaque et vasculaire

200 150

femme 100

homme

50 0 5

45

65

80

âge

Document 2 B : La tension artérielle en fonction de l’âge et du sexe : rôle de l’élasticité des grosses artères sur la pression artérielle

3.

Dites quelle modification la pression sanguine subit dans les différents vaisseaux.

4.

Expliquez en quoi la structure des vaisseaux permet de comprendre les variations de pression.

5.

Retrouvez les informations données par les documents 2 A et 2 B quant aux causes possibles de certaines modifications de la pression artérielle.

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3. Les effets de l’effort sur l’activité cardiaque

Le débit cardiaque est le produit du volume de sang éjecté hors des ventricules à chaque systole par le nombre de systoles par minute (fréquence cardiaque). 6.

Trouvez les relations qui existent entre toutes ces données.

Document 3 : Evolution de certaines grandeurs cardiaques avec l’effort

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4. Les effets de l’entraînement physique sur le ventricule gauche

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15 Epaisseur de la paroi du ventricule gauche (mm)

50 Diamètre 40 du ventricule 30 gauche 20 (mm) 10

10 5

0

0

400 Individu sédentaire

Masse du muscle ventriculaire gauche (g)

Athlète d'endurance (coureur de fond, lutteur…) Athlète effectuant des efforts de durée réduite (coureur de vitesse…)

300 200 100 0

Document 4 : Histogrammes permettant de visualiser les effets de l’entraînement sportif sur le développement du ventricule gauche

Remarque : L’état du ventricule droit varie peu d’un sujet à l’autre. 7.

Mettez en relation les documents 3 et 4. Donnez le rapport existant entre le volume d’éjection systolique et la structure du ventricule gauche.

8.

Expliquez l’influence que peut avoir l’entraînement sportif sur le muscle cardiaque.

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5. Bilan sur la circulation sanguine

Document 5 : La distribution du sang entre les différents organes

9.

Indiquez comment sont placés les organes dans le circuit, à savoir placés en série ou en parallèle.

10. Expliquez en quoi la distribution en parallèle des divers organes peut s’adapter à des besoins en fonction de

leur activité (au repos et à l’effort).

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L’appareil cardio-vasculaire et la circulation


0

Mots clés Mots clés

Artère :

vaisseau partant d’un ventricule et conduisant le sang du cœur aux organes.

Capillaire :

entre les ramifications des artérioles et les premières racines des veinules, formant des réseaux anastomosés de forme variable selon les régions.

Diastole :

correspond au relâchement des ventricules et au repos général de tout le muscle cardiaque.

Endocarde :

membrane interne du cœur qui tapisse intérieurement le myocarde et qui est constituée essentiellement par un mince endothélium polygonal.

Myocarde :

tunique moyenne, musculaire, très épaisse, en particulier au niveau du ventricule gauche et qui est constitué de fibres musculaires striées.

Oreillette :

la cavité de l’oreillette est moins grande et sa paroi est beaucoup moins épaisse que celle des ventricules.

Péricarde :

séreuse (ou sac clos à double feuillet) enveloppant et protégeant le cœur.

Systole :

les oreillettes, les ventricules remplis de sang, se contractent et poussent le sang dans les ventricules pour les premières, ou, dans les troncs artériels pour les seconds.

Valvule :

orifice muni d’un dispositif d’occlusion, formé par des lames membraneuses minces ou valves qui constituent une sorte d’entonnoir.

Veine :

vaisseau ramenant le sang des organes au cœur et débouchant dans les oreillettes.

Ventricule :

cavité pyramidale orientée selon le grand axe du cœur. Le sommet de la cavité se trouve à la pointe du cœur, et la base en haut et en arrière, vers les oreillettes.

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L’appareil cardio-vasculaire et la circulation


Résumé de cours Résumé de cours

Le cœur est un muscle à contractions rythmiques et spontanées. Sa constitution explique sa fonction de pompe qui met le sang en mouvement. Il circule dans un appareil clos toujours dans le même sens : des artères du cœur aux organes à travers un dense réseau de capillaires et de veines qui le ramène au cœur. Le sang passe deux fois dans le cœur, une fois dans la partie gauche, une fois dans la partie droite et effectue un double circuit : − −

un circuit pulmonaire ; un circuit général.

Les deux moitiés du cœur se contractent en même temps et assurent un débit suffisant pour une pression normale dans l’appareil circulatoire.

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L’appareil cardio-vasculaire et la circulation


Le milieu intérieur, milieu de vie des cellules

Le milieu intérieur Activité 1

1. Le sang

Document 1 A : Sang frais non coagulé (observation macroscopique)

Document 1 B : Sang frais coagulé (observation macroscopique)

Document 1 : Le sang

1.

Observez et décrivez le sang frais dès son prélèvement ou après l’addition d’une substance anticoagulante (oxalate ou citrate de sodium).

2.

Donnez son aspect (limpidité, coloration) ainsi que les couches qui apparaissent.

3.

Légendez les deux documents en vous aidant des mots suivants : globules rouges, plasma, caillot, globules blancs, sérum.

4.

Schématisez les deux flacons de verre et leur contenu. Légendez et titrez.

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Le milieu intérieur, milieu de vie des cellules


Document 1 C : Sang frais (observation microscopique)

5.

Qu’observez-vous sur un frottis de sang humain coloré ?

6.

Confrontez les observations macroscopiques aux observations microscopiques. Indiquez quel(s) constituant(s) sanguin(s) compose(nt) les différentes couches observées dans le document 1 B.

2. Le sang dans l’organisme vivant

Document 2 A : Le sang présent dans tous nos organes

7.

Rappelez où circule le sang.

8.

Dites s’il est en contact direct avec les cellules. Justifiez votre réponse.

9.

Emettez une hypothèse sur les rôles du sang.

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Le milieu intérieur, milieu de vie des cellules


Document 2 B : Echanges chez un animal unicellulaire aquatique et chez l’homme

10. Comparez l’échange entre l’organisme unicellulaire et le milieu aquatique et l’échange entre les cellules

humaines et le milieu intérieur. 11. Donnez le rôle et l’importance du milieu intérieur chez l’homme.

3. La lymphe

Document 3 A : La lymphe baigne nos cellules

12. Trouvez la relation qui existe entre le sang et la lymphe. 13. Cherchez l’origine de la lymphe. 14. Donnez la couleur de la lymphe, sa composition.

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Le milieu intérieur, milieu de vie des cellules


Substances dissoutes Matières minérales Glucose Lipides

Plasma 9 g/l 1 g/l 6 g/l

Protides Urée Oxygène

60 à 85 g/l 0,30 ml/l 3 ml/l

Lymphe interstitielle Même concentration Même concentration 0,5 g/l variations avec absorption intestinale 2 g/l Même concentration Légèrement inférieure

600 ml/l

Légèrement supérieure

(dissous)

Dioxyde de carbone (dissous et combiné)

Document 3 B : Composition chimique du plasma et de la lymphe interstitielle

Document 3 C : L’eau dans l’organisme

Document 3 D : Répartition des ions dans les milieux intracellulaire et extracellulaire

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Le milieu intérieur, milieu de vie des cellules


15. Faites une comparaison entre le plasma et les lymphes interstitielle et endiguée. 16. Recherchez l’origine de leurs différences. 17. Donnez le pourcentage de l’eau extracellulaire et de l’eau intracellulaire.

Document 3 E : Le système lymphatique chez l’homme

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Le milieu intérieur, milieu de vie des cellules


Document 3 F : Schéma montrant l’origine et la circulation de la lymphe

18. Où trouvez-vous la lymphe dans l’organisme humain ? 19. Recherchez les organes à l’origine de celle-ci. 20. Faites la mise en relation entre le sang et la lymphe.

Conclusion

21. Concluez sur ce qu’est le milieu intérieur et sur son rôle dans l’organisme humain.

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Le milieu intérieur, milieu de vie des cellules


Le plasma sanguin et ses fonctions Activité 2

1. La coagulation

Observation 1 : Une piqûre superficielle du lobe de l’oreille permet d’évaluer le temps de saignement. Pour cela avec un papier buvard on essuie à petits intervalles la goutte de sang qui apparaît. Celle-ci ne se forme plus au bout de 2 à 4 minutes.

Observation 2 : A l’aide d’une aiguille on traverse une goutte de sang frais placé sur une lame de verre. Une minute plus tard on procède de la même façon. On répète l’opération plusieurs fois jusqu’à l’apparition de filaments à l’extrémité de l’aiguille qui indiquent le début de la coagulation. Ces filaments apparaissent au bout de 6 à 13 minutes.

Document 1 A : Temps de coagulation et temps de saignement

1.

Schématisez les deux expériences et déterminez le temps moyen de coagulation.

2.

Pour vous, à quoi sert la coagulation ?

3.

Trouvez la différence entre plasma et sérum.

Document 1 B : Observation microscopique du sang humain non coagulé

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Le milieu intérieur, milieu de vie des cellules


Document 1 C : Observation microscopique du sang humain coagulé

4.

Citez les globules sanguins indispensables à la réalisation de la coagulation et à la formation du caillot.

5.

Faites en deux schémas légendés le principe de la coagulation du sang.

2. Le mécanisme de la coagulation

Document 2 : Schéma simplifié du mécanisme de la coagulation

6.

Recherchez les deux facteurs principaux, libérés par le foie, qui sont à l’origine de la coagulation.

7.

Citez d’autres conditions nécessaires à celle-ci.

8.

Trouvez quelle est la condition non mentionnée dans le document et qui est indispensable (aidez-vous du document 1 A).

9.

Expliquez maintenant pourquoi le sang ne coagule pas normalement dans les vaisseaux sanguins.

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Le milieu intérieur, milieu de vie des cellules


Les cellules sanguines Activité 3

1. Le sang

Protocole manipulatoire pour la réalisation d’un frottis sanguin Enfiler des gants de protection. Déposer une goutte de sang à l’extrémité d’une lame à l’aide d’un agitateur. Incliner une lamelle à 45° sur la goutte de sang de façon à ce qu’elle s’étale le long de la lamelle par capillarité. La faire alors glisser vivement et sans à coup le long de la lame pour étaler le sang. Sécher la lame en l’agitant puis la placer dans la boîte de Pétri sur le support. Matériel : lamelle, sang, lame. Fixation du frottis. Recouvrir toute la surface de la lame d’une pellicule d’alcool 90° pendant 10 minutes. Sécher. Coloration du frottis d’une pellicule de colorant (bleu de méthylène ou GIEMSA). Laisser agir 5 minutes. Rincer à l’eau distillée, égoutter et laisser sécher. Observer au microscope ordinaire.

Document 1 A : Réalisation d’un frottis sanguin

1.

Que pouvez-vous observer sur le frottis sanguin ?

2.

Faites un dessin d’un globule rouge et d’un globule blanc à la même échelle.

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Le milieu intérieur, milieu de vie des cellules


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