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La respiration

Biologie et physiopathologie humaines

Lycée Général et technologique

Terminale ST2S

Introduction

Organisation des séances

Scénario organisé en 4 séances pour un total de 7h00.

  • Séance 1 : 2h00

  • Séance 2 : 1h00

  • Séance 3 : 1h00

  • Séance 4 : 3h00

Objectifs visés

  • Observer et présenter l’organisation anatomique de l’appareil respiratoire, le situer dans la cage thoracique.
  • Explorer l’histologie de cet appareil respiratoire.
  • Établir un lien entre l’appareil respiratoire et l’appareil cardio-vasculaire.
  • Étudier la structure et la fonction de la barrière alvéolo-capillaire.
  • Prendre conscience et comprendre l’impact de substances nocives sur le fonctionnement de l’appareil respiratoire.
  • Comprendre les mécanismes génétiques et physiologiques associés à deux pathologies respiratoires connues : la mucoviscidose et l’asthme.

Pré-requis

Notions acquises en 5e et en 2de

  • L’activité respiratoire de tout organe implique des échanges gazeux-respiratoires réalisés au niveau pulmonaire.
  • La fonction principale dévolue à l’appareil respiratoire est l’approvisionnement de l’organisme en O2 et le rejet de CO2.
  • Le transport du dioxygène dans le sang est permis par la présence, dans les hématies, d’un transporteur moléculaire : l’hémoglobine.
  • Certaines substances, présentes dans l’atmosphère, peuvent avoir un impact délétère sur le fonctionnement de l’appareil respiratoire et le bon approvisionnement des cellules en dioxygène.

Séance 1

Durée

2h00

Situation déclenchante

Visualisation de la séquence Corpus « Fumer ou pas » (Thème « Paroles de jeunes ») : l’inhalation de substances actives contenues dans la fumée de cigarette procure visiblement, pour certains sujets, une sensation de bien-être.
Mettre l’accent sur les substances actives contenues dans la fumée de cigarette et leur « introduction » au sein de l’organisme. Engager une discussion sur l’inhalation de ces substances et faire un état des lieux sur les acquis des élèves, leurs représentations concernant le tabagisme actif et ses conséquences.

Problème

Que deviennent ces particules inhalées ? Quel parcours suivent-elles une fois introduites dans l’organisme ? Comment atteignent-elles leur(s) cible(s) ?

Supports

  • Souris ou autre petit mammifère.
  • Protocole de dissection permettant la mise à jour de l’appareil respiratoire.
  • Aide numérique pour la mise à jour et l’identification des structures attendues (« Contrôle génétique de la mise en place du plan d’organisation » sur le site Access de l’ENS Lyon.

Consigne

Présentez, par la dissection de la souris, la localisation et l’organisation anatomique de l’appareil respiratoire de mammifère.
Schématisez l’organisation ainsi mise à jour et indiquez le trajet suivi par une particule contenue dans la fumée de cigarette, depuis l’air atmosphérique jusqu’aux poumons.
Les structures rattachées à cet appareil respiratoire (trachée, bronches, poumons) seront dégagées et légendées. Les connexions anatomiques avec l’appareil cardio-vasculaire seront conservées.

Activités

Chaque élève réalise la dissection du mammifère mis à sa disposition. Les consignes de sécurité et d’hygiène ont été rappelées avant la mise en œuvre.
Les structures anatomiques constituant cet appareil respiratoire sont identifiées. Il est conseillé de permettre aux élèves l’accès à une ressource présentant les descriptions et/ou les définitions des différentes structures à identifier (exemple avec le site Access de l’ENS Lyon).
Une fois l’appareil cardio-respiratoire dégagé, l’élève peut alors, dans son compte-rendu, schématiser l’organisation observée de l’appareil respiratoire. La trachée, les bronches et les poumons (avec leurs lobes) sont ainsi représentés. La proximité du cœur est apparente.
Sur ce schéma, l’élève indique alors, par un symbole fléché, le trajet suivi par une particule contenue dans la fumée de cigarette depuis le milieu aérien jusqu’à l’intérieur d’un poumon.

Production attendue

Dissection soignée avec mise en avant des structures anatomiques constituant les appareils respiratoire et cardiaque.
Schéma anatomique légendé illustrant l’organisation de ces appareils avec représentation du trajet emprunté par une ou plusieurs particules (ou molécules) présentes dans la fumée de cigarette, depuis le milieu aérien jusqu’aux poumons.

Séance 2

Durée

1h00

Situation déclenchante

Visualisation de poumons mis à jour grâce à la dissection précédente et reprise des schémas légendés réalisés par les élèves. Certains de ces schémas montrent que les particules inhalées avec la fumée de cigarette sont maintenant localisées dans les poumons. Ces derniers apparaissent comme une interface entre le milieu extérieur (celui-ci contenant éventuellement les particules présentes dans la fumée de cigarettes) et le milieu circulatoire.
Amener les élèves à se questionner sur le devenir des particules inhalées.

Problème

Que se passe-t-il au niveau pulmonaire ? Que deviennent ces particules (ou molécules) ?

Supports

  • Préparation du commerce de tissu pulmonaire sain.
  • Schéma légendé présentant l’organisation de la barrière alvéolo-capillaire.

 

Source : Alain Ménessart d’après « La barrière alvéolo-capillaire », lycée Van-Dongen, académie de Créteil.

Consigne

Explorez à l’aide du microscope photonique l’organisation histologique du parenchyme pulmonaire. Centrez votre observation sur la barrière alvéolo-capillaire.
Décrivez alors, à l’aide d’un court paragraphe utilisant le vocabulaire adéquat, le schéma légendé illustrant l’organisation de cette barrière. Concluez votre production par la formulation d’une hypothèse proposant un devenir possible des substances inhalées.

Activités

Chaque élève s’attelle ici à découvrir, à l’aide du microscope photonique, l’organisation du parenchyme pulmonaire. L’objectif visé consiste en un repérage de la barrière alvéolo-capillaire, qui est notamment permis par la comparaison entre les structures observées au microscope et le schéma légendé de la barrière alvéolo-capillaire fourni par l’enseignant. (La qualité de ce document doit donc permettre une comparaison aisée.)
En prenant en compte la localisation anatomique de la barrière alvéolo-capillaire, chaque élève étudie le schéma fourni pour l’expliquer, à l’écrit, avec le vocabulaire (termes scientifiques) adéquat. Puis il complète sa description en formulant une hypothèse concernant la diffusion possible de substances contenues dans la fumée de cigarette, de l’alvéole pulmonaire vers la lumière d’un capillaire sanguin (hypothèse valide pour les gaz ou les fines particules dont la taille est inférieure au dixième de millimètre).

Production attendue

Utilisation individuelle du microscope photonique et mise au point centrée sur la barrière alvéolo-capillaire. Paragraphe descriptif avec mobilisation pertinente des termes scientifiques à connaître. Formulation d’une hypothèse recevable au regard du contexte étudié.

Bilan

Au terme des deux séances menées, une projection de la séquence Corpus « La respiration » peut être proposée. L’observation des animations infographiques et l’écoute attentive des commentaires permettent de dresser la synthèse des notions travaillées durant ces deux premières séances. Quelques arrêts sur images, notamment au niveau des documents proposés avec le player, peuvent être utiles pour rappeler, préciser et approfondir certaines connaissances.

Séance 3

Durée

1h00

Situation déclenchante

Chaque matin en se levant, Julie, fumeuse invétérée depuis plus de quinze ans, est gênée par une quinte de toux. Elle n’en comprend pas l’origine. Pour elle, le tabagisme ne peut pas être mis en cause puisqu’elle atteste ne pas avoir fumé durant la nuit.

Problème

Quelle est l’origine de cette quinte de toux ? Quel lien avec le tabagisme actif de Julie ?

Supports

  • Préparations histologiques permettant l’observation des épithéliums ciliés de trachée et de bronches chez des sujets non-fumeurs.
  • Cinématographie présentant des battements ciliaires d’épithéliums respiratoires (banque d’images de l’Inserm Serimidis, référence n° 1991111902 « Battements des cils vibratiles »).
  • Présentation schématique de l’organisation de l’épithélium bronchique (source BSIP, référence image en droits gérés n° 008325_011 « Bronche épithélium dessin »)
  • « La fumée de cigarette, un cocktail de plus de 4 000 substances » dans « La toux du fumeur », document 2 de l’exercice sur la toux du fumeur sur le site de l’académie de Lille.

Consigne

En exploitant rigoureusement les ressources documentaires mises à disposition, présentez et décrivez à Julie les éléments et les mécanismes mis en jeu dans cette toux matinale.
Votre présentation, destinée à Julie, prendra appui sur des supports documentaires sélectionnés, légendés et explicités.

Activités

L’élève peut commencer par l’exploitation de la source documentaire qu’il souhaite et engager son étude avec l’observation de la cinématographie présentant les battements vibratiles des cils bordant les cellules de l’épithélium bronchique.
Il peut associer cette cinématographie aux préparations histologiques mises à disposition. Ces dernières doivent permettre d’observer, avec un grossissement élevé, la présence des cils au niveau trachéen et bronchique. Une capture numérique peut être envisagée pour légender l’observation réalisée.
En exploitant le document présentant l’impact des substances contenues dans la fumée de cigarette sur l’appareil respiratoire, l’élève s’informe et comprend l’impact majeur des substances irritantes sur les cils des cellules épithéliales de l’appareil respiratoire.
La mise en relation de toutes les informations récoltées peut maintenant être opérée. L’élève organise alors la présentation qu’il fera à Julie pour lui expliquer, à l’aide des documents sélectionnés et personnellement légendés, les mécanismes responsables et associés à sa toux matinale.

Production attendue

Utilisation individuelle du microscope photonique et mise au point centrée sur des cils de cellules épithéliales de l’appareil respiratoire.
Présentation organisée et argumentée de l’explication apportée à Julie concernant sa toux matinale chronique. Possibilité de légender des captures numériques d’observations réalisées au microscope photonique.

Bilan

Certains comportements, associés ici à l’introduction dans l’organisme de substances nocives, impactent de manière significative la qualité fonctionnelle de l’appareil respiratoire. La connaissance des conséquences physiologiques engendrées par le comportement étudié ici doit permettre à chacun de mieux appréhender les enjeux sanitaires liés au tabagisme.  

Séance 4

Durée

3h00

Situation déclenchante

Affiche de prévention concernant quelques pathologies respiratoires dont la mucoviscidose et l’asthme. (Masquer le nom des pathologies présentées pour ne laisser que le message préventif.) La présentation de ces documents permet d’engager les échanges avec la classe. Certains élèves auront sans doute reconnu certaines affiches ou seront capables de mentionner le nom des pathologies ciblées.
L’enseignant peut alors interroger collectivement les élèves pour établir un état des lieux des connaissances cliniques et paracliniques concernant l’asthme et la mucoviscidose. Cet état des lieux lui permet de lister quelques interrogations qui exigent des compléments scientifiques.

Problème

Quels sont les signes cliniques respiratoires associés à la mucoviscidose et à l’asthme ? Quels sont les facteurs responsables de ces pathologies respiratoires ? Comment le diagnostic de chacune de ces pathologies est-il établi ?

Supports

  • Dossier d’information « Mucoviscidose » sur le site de l’Inserm (rubriques Génétique, génomique et bio ; Dossiers d’information).

Consigne

Présentez, oralement et en prenant appui sur un diaporama illustré, les caractéristiques cliniques et paracliniques de la mucoviscidose ou de l’asthme.

Activités

Après avoir sélectionné les informations utiles concernant la thématique choisie, chaque élève organise son exposé en veillant à répondre aux problématiques ou interrogations posées en début de séance. La production élaborée servira de support pour une présentation orale.
Les documents devront être personnellement légendés, sans tout préciser. Les points explicatifs seront abordés à l’oral.

Production attendue

Exposé présenté oralement et prenant appui sur des supports documentaires nécessaires à  l’argumentation.

Bilan

La démarche d’investigation entreprise ici permet, pour chaque élève, d’étudier une pneumopathie chronique pouvant affecter de jeunes patients. Qu’il s’agisse de la mucoviscidose ou de l’asthme, l’étude menée permet notamment d’identifier les facteurs causaux responsables de ces pathologies, les structures cellulaires impliquées, et surtout de comprendre et d’expliciter les symptômes cliniques associés.
En conclusion, la projection des séquences complètes ou partielles des séquences Corpus « La mucoviscidose » et « Un vaccin contre l’asthme » peut être envisagée dans le but d’appuyer ou de développer certaines notions essentielles en lien avec les pneumopathies étudiées.

Conclusion

Ce scénario pédagogique repose sur une approche contextualisée permettant d’entrer progressivement dans l’étude de pathologies respiratoires.
La première séance est une entrée en matière de l’appareil respiratoire (associé à l’appareil cardiaque). Dans la deuxième et troisième séance, les élèves conduisent des démarches d’exploration permettant son étude histologique et fonctionnelle. À ce titre, et en complément, on peut envisager de mener une séance axée sur l’utilisation des techniques d’exploration (radiographie, fibroscopie, scanographie, spirométrie), d’en dégager l’intérêt pour affiner les diagnostics établis dans le cadre des pathologies respiratoires.
La quatrième séance invite les élèves à s’informer, de manière autonome, sur les deux pathologies respiratoires que sont la mucoviscidose et l’asthme. On peut leur demander d’interroger des professionnels de santé afin d’enrichir ou d’affiner leur production scientifique.
La présentation orale des fruits de leurs recherches permet aux élèves de travailler la communication scientifique orale, incontournable pour les études ultérieures des élèves de la série ST2S.

Vidéos utilisées

Suggestion de scénarios pédagogiques