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Échanges gazeux chez l'homme

Biologie IGCSE · Topic 11 · ⁨Sujet 11⁩

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5:54

Échanges gazeux chez l'humain

Vos poumons couvriraient la moitié d'un terrain de tennis s'ils étaient étalés à plat. Ce ne sont pas un seul grand sac — ce sont des millions de petits sacs, et c'est là tout le point.…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨Narration en anglais · Sous-titres anglais + 中文 incrustés⁩

11.1

Gas exchange surfaces · ⁨Surfaces d'échange gazeux⁩

Syllabus · ⁨Programme⁩
English
Core Supplement
1 Describe the features of gas exchange surfaces in humans, limited to: large surface area, thin surface, good blood supply and good ventilation with air
2 Identify in diagrams and images the following parts of the breathing system: lungs, diaphragm, ribs, intercostal muscles, larynx, trachea, bronchi, bronchioles, alveoli and associated capillaries 6 Identify in diagrams and images the internal and external intercostal muscles
7 State the function of cartilage in the trachea
8 Explain the role of the ribs, the internal and external intercostal muscles and the diaphragm in producing volume and pressure changes in the thorax leading to the ventilation of the lungs
3 Investigate the differences in composition between inspired and expired air using limewater as a test for carbon dioxide 9 Explain the differences in composition between inspired and expired air
4 Describe the differences in composition between inspired and expired air, limited to: oxygen, carbon dioxide and water vapour
5 Investigate and describe the effects of physical activity on the rate and depth of breathing 10 Explain the link between physical activity and the rate and depth of breathing in terms of: an increased carbon dioxide concentration in the blood, which is detected by the brain, leading to an increased rate and greater depth of breathing
11 Explain the role of goblet cells, mucus and ciliated cells in protecting the breathing system from pathogens and particles
Français
Fondamental Supplémentaire
1 Décrire les caractéristiques des surfaces d'échange gazeux chez l'humain, limité à : grande surface, surface fine, bon apport sanguin et bonne ventilation par l'air
2 Identifier dans les schémas et images les parties suivantes du système respiratoire : poumons, diaphragme, côtes, muscles intercostaux, larynx, trachée, bronches, bronchioles, alvéoles et capillaires associés 6 Identifier dans les schémas et images les muscles intercostaux internes et externes
7 Indiquer la fonction du cartilage dans la trachée
8 Expliquer le rôle des côtes, des muscles intercostaux internes et externes et du diaphragme dans la production de changements de volume et de pression dans le thorax conduisant à la ventilation des poumons
3 Examiner les différences de composition entre l'air inspiré et l'air expiré en utilisant l'eau de chaux comme test du dioxyde de carbone 9 Expliquer les différences de composition entre l'air inspiré et l'air expiré
4 Décrire les différences de composition entre l'air inspiré et l'air expiré, limité à : oxygène, dioxyde de carbone et vapeur d'eau
5 Examiner et décrire les effets de l'activité physique sur le rythme et la profondeur de la respiration 10 Expliquer le lien entre l'activité physique et le rythme ainsi que la profondeur de la respiration en termes de : augmentation de la concentration de dioxyde de carbone dans le sang, détectée par le cerveau, entraînant une augmentation du rythme et une plus grande profondeur de la respiration
11 Expliquer le rôle des cellules caliciformes, du mucus et des cellules ciliées dans la protection du système respiratoire contre les pathogènes et les particules

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Source : Programme Cambridge International⁩

English

Gas exchange 气体交换 is how oxygen 氧气 gets into the blood and carbon dioxide 二氧化碳 gets out, by diffusion 扩散. A good gas exchange surface has four features:

  • a large surface area 表面积 — so more gas can cross at once.
  • a thin surface — so gases have only a short distance to diffuse.
  • a good blood supply — to keep a steep difference in concentration.
  • good ventilation 通气 with air — fresh air keeps the difference steep.
Français
Un modèle 3D des poumons et des voies aériennes
L'échange gazeux a lieu sur la grande surface des poumons.

L'échange gazeux 气体交换 est le processus par lequel l'oxygène 氧气 entre dans le sang et le dioxyde de carbone 二氧化碳 sort, par diffusion 扩散. Une bonne surface d'échange gazeux présente quatre caractéristiques :

  • une grande surface 表面积 — afin qu'une plus grande quantité de gaz puisse traverser simultanément.
  • une surface fine — afin que les gaz n'aient qu'une courte distance à diffuser.
  • une bonne vascularisation — pour maintenir une forte différence de concentration.
  • une bonne ventilation 通气 avec l'air — l'air frais maintient une forte différence.
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Une bonne surface d'échange gazeux

Appuyez sur l'alvéole pour voir les quatre caractéristiques qui la rendent idéale pour l'échange : une grande surface, une paroi fine, un revêtement humide et une bonne vascularisation.

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English · ⁨Anglais⁩ Chinese · ⁨Chinois⁩ Pinyin
gas exchange/ɡæs eksˈtʃeɪndʒ/ 气体交换 qì tǐ jiāo huàn
oxygen/ˈɒksɪdʒn/ 氧气 yǎng qì
carbon dioxide/ˈkɑːbən daɪˈɒksaɪd/ 二氧化碳 èr yǎng huà tàn
diffusion/dɪˈfjuːʒn/ 扩散 kuò sàn
surface area/ˈsɜːfɪs ˈeərɪə/ 表面积 biǎo miàn jī
ventilation/ˌventɪˈleɪʃn/ 通气 tōng qì
11.1

The breathing system · ⁨Le système respiratoire⁩

English

Air travels in and out through these parts:

Part Job
larynx 喉 the voice box, at the top of the windpipe
trachea 气管 the windpipe; carries air towards the lungs
bronchi 支气管 two tubes, one going to each lung
bronchioles 细支气管 smaller branching tubes inside the lungs
alveoli 肺泡 tiny air sacs where gas exchange happens; each is wrapped in capillaries 毛细血管

The alveoli make excellent gas exchange surfaces: there are millions of them (a huge surface area), each has a wall only one cell thick (a short distance), and each is surrounded by capillaries (a good blood supply).

The lungs sit in the chest, protected by the ribs 肋骨. Below them is a sheet of muscle, the diaphragm 膈肌. Between the ribs are the intercostal muscles 肋间肌. (Supplement) The trachea is held open by rings of cartilage 软骨, so it cannot collapse when you breathe in.

Français
Les poumons humains
Les poumons sont les organes d'échange gazeux du corps humain.

L'air circule dans et hors de ces parties :

Partie Rôle
larynx 喉 la boîte vocale, située au sommet de la trachée
trachée 气管 le tube respiratoire ; transporte l'air vers les poumons
bronches 支气管 deux tubes, l'un menant à chaque poumon
bronchioles 细支气管 petits tubes ramifiés situés à l'intérieur des poumons
alvéoles 肺泡 minuscules sacs d'air où se produit l'échange gazeux ; chacune est entourée de capillaires 毛细血管

Les alvéoles constituent d'excellentes surfaces d'échange gazeux : il y en a des millions (une grande surface), chacune possède une paroi épaisse d'une seule cellule (une courte distance), et chacune est entourée de capillaires (un bon apport sanguin).

Gros plan sur une alvéole entourée d'un capillaire : l'oxygène diffuse du sac d'air vers le sang tandis que le dioxyde de carbone diffuse dans l'autre sens, à travers une paroi épaisse d'une seule cellule
Au niveau d'une alvéole, l'oxygène diffuse dans le sang et le dioxyde de carbone diffuse vers l'extérieur

Les poumons sont logés dans la cage thoracique, protégés par les côtes 肋骨. En dessous se trouve un muscle plat, le diaphragme 膈肌. Entre les côtes se trouvent les muscles intercostaux 肋间肌. (Supplément) La trachée est maintenue ouverte par des anneaux de cartilage 软骨, afin qu'elle ne puisse pas s'affaisser lors de l'inspiration.

Le système respiratoire : le larynx et la trachée mènent à deux bronches, l'une entrant dans chaque poumon, se ramifiant en bronchioles qui se terminent par des amas d'alvéoles, avec les côtes autour des poumons et le diaphragme en dessous
L'air voyage depuis la trachée, à travers les bronches et bronchioles jusqu'aux alvéoles
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English · ⁨Anglais⁩ Chinese · ⁨Chinois⁩ Pinyin
larynx/ˈlærɪŋks/ 喉 hóu
trachea/trəˈkɪə/ 气管 qì guǎn
bronchi/ˈbrɒŋkaɪ/ 支气管 zhī qì guǎn
bronchioles/ˈbrɒŋkɪəʊlz/ 细支气管 xì zhī qì guǎn
alveoli/ˈælvɪɒli/ 肺泡 fèi pào
capillaries/ˈkæpɪləriz/ 毛细血管 máo xì xuè guǎn
ribs/rɪbz/ 肋骨 lèi gǔ
diaphragm/ˈdaɪəfræm/ 膈肌 gé jī
intercostal muscles/ˌɪntəˈkɒstl ˈmʌslz/ 肋间肌 lē jiān jī
cartilage/ˈkɑːtɪlɪdʒ/ 软骨 ruǎn gǔ
pressure/ˈpreʃə/ 压力 yā lì
11.1

How you breathe (Supplement) · ⁨Comment on respire (Supplément)⁩

English

Breathing changes the volume and pressure 压力 inside the chest (the thorax 胸腔).

Breathing in (inhaling 吸气):

  • the external intercostal muscles contract, pulling the ribs up and out.
  • the diaphragm contracts and flattens (moves down).
  • the thorax becomes bigger, so the pressure inside drops below the outside air pressure.
  • air is pushed in.

Breathing out (exhaling 呼气) is the opposite: the muscles relax (and the internal intercostal muscles may contract), the thorax becomes smaller, the pressure rises, and air is pushed out.

Français

La respiration modifie le volume et la pression 压力 dans la cage thoracique (le thorax 胸腔).

Inspiration (inhaling 吸气) :

  • les muscles intercostaux externes se contractent, soulevant les côtes vers le haut et vers l'extérieur.
  • le diaphragme se contracte et s'aplatit (descend).
  • le thorax devient plus grand, donc la pression interne chute en dessous de la pression atmosphérique extérieure.
  • l'air est poussé vers l'intérieur.

Expiration (exhaling 呼气) est l'inverse : les muscles se relâchent (et les muscles intercostaux internes peuvent se contracter), le thorax devient plus petit, la pression augmente, et l'air est expulsé.

Deux schémas : inspiration, avec les côtes montant et sortant et le diaphragme s'aplatissant pour agrandir le thorax ; expiration, avec les côtes descendant et rentrant et le diaphragme bombant vers le haut pour réduire le thorax
L'inspiration agrandit le thorax (pression plus basse) ; l'expiration le réduit
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Inspiration et expiration

La ventilation modifie le volume thoracique, ce qui change la pression et provoque l'écoulement de l'air vers l'intérieur ou l'extérieur.

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Mécanisme respiratoire

Regardez une respiration — le diaphragme s'aplatit et les côtes se soulèvent, le thorax s'agrandit, la pression baisse et l'air entre. Relâchez et il repousse vers l'extérieur.

Vocabulary · ⁨Vocabulaire⁩ Train · ⁨Entrainer⁩
English · ⁨Anglais⁩ Chinese · ⁨Chinois⁩ Pinyin
thorax/ˈθɔːræks/ 胸腔 xiōng qiāng
inhaling/ɪnˈheɪlɪŋ/ 吸气 xī qì
exhaling/eksˈheɪlɪŋ/ 呼气 hū qì
water vapour/ˈwɔːtə ˈveɪpə/ 水蒸气 shuǐ zhēng qì
limewater/ˈlaɪmwɔːtə/ 石灰水 shí huī shuǐ
11.1

Inspired and expired air · ⁨Air inspiré et air expiré⁩

English
Gas Inspired air (breathed in) Expired air (breathed out)
oxygen about 21% about 16% (less)
carbon dioxide about 0.04% about 4% (more)
water vapour 水蒸气 a little a lot (more)

You can test for carbon dioxide with limewater 石灰水, which turns cloudy. Expired air turns limewater cloudy much faster than inspired air, showing it contains more carbon dioxide.

Français
Gaz Air inspiré (inspiré) Air expiré (expiré)
oxygène environ 21 % environ 16 % (moins)
dioxyde de carbone environ 0.04% environ 4% (plus)
vapeur d'eau 水蒸气 un peu beaucoup (plus)
Un diagramme en barres comparant l'air inspiré et l'air expiré : l'oxygène passe de 21% à 16%, le dioxyde de carbone augmente de 0.04% à 4%, et la vapeur d'eau passe d'une faible quantité à une quantité importante
L'air expiré contient moins d'oxygène et beaucoup plus de dioxyde de carbone que l'air inspiré

On peut tester la présence de dioxyde de carbone avec de l'eau de chaux 石灰水, qui devient trouble. L'air expiré trouble l'eau de chaux beaucoup plus vite que l'air inspiré, ce qui montre qu'il contient plus de dioxyde de carbone.

11.1

Breathing and exercise · ⁨Respiration et exercice⁩

English

During exercise your muscles respire faster and make more carbon dioxide. This raises the concentration 浓度 of carbon dioxide in the blood. (Supplement) Your brain 大脑 detects the rise and makes you breathe at a faster rate 速率 and a greater depth. This brings in more oxygen and removes the extra carbon dioxide quickly.

Worked example. At rest a person takes 12 breaths per minute, moving 500 cm³ of air per breath. During exercise this becomes 20 breaths per minute at 900 cm³ per breath. How much air passes through the lungs each minute in each case? Multiply the rate by the depth. At rest: 12 × 500 = 6000 cm³ per minute. During exercise: 20 × 900 = 18 000 cm³ per minute, three times as much. Exercise raises both the rate and the depth of breathing - an answer that changes only the rate throws away half the marks.

Français

Pendant l'exercice, vos muscles respirent plus vite et produisent davantage de dioxyde de carbone. Cela augmente la concentration 浓度 de dioxyde de carbone dans le sang. (Supplément) Votre cerveau 大脑 détecte cette augmentation et vous fait respirer à un rythme 速率 plus rapide et à une profondeur accrue. Cela permet d'absorber plus d'oxygène et d'éliminer rapidement l'excès de dioxyde de carbone.

Exemple résolu. Au repos, une personne effectue 12 respirations par minute, déplaçant 500 cm³ d'air par respiration. Pendant l'exercice, cela devient 20 respirations par minute à 900 cm³ par respiration. Combien d'air traverse les poumons chaque minute dans chaque cas ? Multipliez le rythme par la profondeur. Au repos : 12 × 500 = 6000 cm³ par minute. Pendant l'exercice : 20 × 900 = 18 000 cm³ par minute, trois fois plus. L'exercice augmente les deux le rythme et la profondeur de la respiration - une réponse qui ne change que le rythme perd la moitié des points.

Vocabulary · ⁨Vocabulaire⁩ Train · ⁨Entrainer⁩
English · ⁨Anglais⁩ Chinese · ⁨Chinois⁩ Pinyin
concentration/ˌkɒnsənˈtreɪʃn/ 浓度 nóng dù
brain/breɪn/ 大脑 dà nǎo
rate/reɪt/ 速率 sù lǜ
goblet cells/ˈɡɒblət selz/ 杯状细胞 bēi zhuàng xì bāo
11.1

Keeping the airways clean (Supplement) · ⁨Maintien propre des voies aériennes (Supplément)⁩

English

The airways are lined with two kinds of cell that trap and remove dirt:

  • goblet cells 杯状细胞 make mucus 黏液, which traps pathogens 病原体 and dust particles 粒子.
  • ciliated cells 纤毛细胞 have tiny hairs that sweep the mucus, with the trapped dirt, up to the throat, where it is swallowed.
Français

Les voies aériennes sont tapissées de deux types de cellules qui piègent et éliminent la saleté :

  • les cellules caliciformes 杯状细胞 produisent du mucus 黏液, qui piège les pathogènes 病原体 et les particules 粒子 de poussière.
  • les cellules ciliées 纤毛细胞 possèdent de petits poils qui balayent le mucus, avec la saleté piégée, vers la gorge, où il est avalé.
Vocabulary · ⁨Vocabulaire⁩ Train · ⁨Entrainer⁩
English · ⁨Anglais⁩ Chinese · ⁨Chinois⁩ Pinyin
mucus/ˈmjuːkəs/ 黏液 nián yè
pathogens/ˈpæθədʒnz/ 病原体 bìng yuán tǐ
particles/ˈpɑːtɪklz/ 粒子 lì zi
ciliated cells/ˈsɪlɪeɪtɪd selz/ 纤毛细胞 xiān máo xì bāo
11.1

Exam tips · ⁨Conseils d'examen⁩

English
  • A gas exchange surface is large, thin, with a good blood supply and good ventilation.
  • Air path: larynx → trachea → bronchi → bronchioles → alveoli.
  • Breathing in: external intercostal muscles and diaphragm contract → thorax bigger → pressure lower → air in. Breathing out is the opposite.
  • Expired air has less oxygen, more carbon dioxide and more water vapour. Limewater tests for carbon dioxide.
  • Exercise → more carbon dioxide in the blood → brain → faster, deeper breathing.
Français
  • Une surface d'échange gazeux est grande, fine, avec un bon apport sanguin et une bonne ventilation.
  • Chemin de l'air : larynx → trachée → bronches → bronchioles → alvéoles.
  • Inspiration : muscles intercostaux externes et diaphragme se contractent → thorax plus grand → pression plus basse → air entre. L'expiration est l'inverse.
  • L'air expiré contient moins d'oxygène, plus de dioxyde de carbone et plus de vapeur d'eau. L'eau de chaux teste le dioxyde de carbone.
  • Exercice → plus de dioxyde de carbone dans le sang → cerveau → respiration plus rapide et plus profonde.

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