Fiche explicative de la leçon: Élimination des déchets Biologie • Deuxième secondaire

Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre à décrire les processus par lesquels les déchets sont éliminés l’organisme humain.

Les cellules du corps humain effectuent en permanence de nombreuses réactions chimiques. Ces réactions visent plusieurs objectifs, de la lutte contre les infections à l’extraction d’énergie à partir des aliments.

Les réactions chimiques qui se produisent dans l’organisme sont définies comme étant métaboliques. Beaucoup de ces réactions métaboliques créent des sous-produits qui sont inutiles ou même néfastes pour l’organisme. Nous appelons ces sous-produits des « déchets métaboliques ». Le processus d’élimination des déchets métaboliques de l’organisme est appelé excrétion.

L’excrétion est un élément essentiel au maintien de l’homéostasie. L’homéostasie est ce que les scientifiques appellent le maintien d’un milieu interne constant et normal ou d’un état d’équilibre dans l’organisme. C’est ce qui permet à tous nos systèmes de fonctionner normalement, car les perturbations de l’homéostasie peuvent provoquer des maladies et parfois la mort.

Le groupe d’organes qui agissent ensemble pour éliminer les déchets de l’organisme est appelé le système excréteur. Les principaux organes du système excréteur sont les poumons, la peau, les reins et le foie comme le montre la figure 1. Vous remarquerez peut-être que ces organes appartiennent également à d’autres systèmes d’organes. Les poumons font partie du système respiratoire, et le gros intestin est intégré dans le système digestif. Puisqu’un système d’organes est un groupe d’organes qui agissent ensemble pour remplir une fonction, les organes peuvent être classés dans plusieurs système car ils peuvent avoir plus d’une fonction ! 

Les déchets générés sont soit non métaboliques, soit métaboliques. Les déchets non métaboliques sont solides et insolubles et peuvent être éliminés de l’organisme sous forme d’excréments. Les déchets métaboliques peuvent être des déchets liquides ou solubles, ainsi que des déchets gazeux. Les déchets solides ou insolubles sont éliminés de l’organisme sous forme d’excréments. Les déchets liquides ou solubles sont éliminés du corps sous forme d’urine et de sueur. Les déchets gazeux sont éliminés de l’organisme lorsque nous expirons.

Il est important de noter que l’excrétion ne concerne que les déchets métaboliques qui quittent les cellules à travers leurs membranes cellulaires. Certains des produits de l’excrétion intègrent les matières fécales produites par les gros intestins, mais l’action d’évacuer les excréments du corps n’est pas considérée comme une excrétion. On parle plutôt de défécation.

Le gros intestin, également appelé côlon, est l’organe responsable de la production d’excréments. La production d’excréments est la principale méthode d’élimination des déchets solides et insolubles de l’organisme. Les excréments sont constitués d’eau, d’aliments non digérés, de bactéries, de cellules mortes du système digestif et d’autres déchets chimiques qui ne peuvent pas être dissous dans l’eau.

Afin de produire des excréments, le gros intestin (comme le montre la figure 2) reçoit la nourriture non digérée de l’intestin grêle et réabsorbe tous les produits qui peuvent encore être utiles à l’organisme. Ils incluent une grande partie de l’eau utilisée pour la digestion et beaucoup d’ions, c’est à dire des molécules chargées, aussi parfois appelées électrolytes. Ce qui reste à la fin de ce processus sont les excréments, qui sont ensuite transférés vers le rectum où ils sont stockés.

On peut considérer les excréments principalement comme de la nourriture non digérée. En fait, selon certaines estimations, plus de la moitié de la masse des excréments humains est constituée de bactéries qui occupent le système digestif.

Le maintien d’un équilibre parfait des ions dans l’organisme est un aspect important de l’homéostasie. Un exemple de composé ionique typique est le chlorure de sodium, également connu sous le nom de sel de table. Lorsqu’ils sont dissous dans l’eau, les ions sodium et chlorure se séparent. Le sodium a une charge positive et le chlorure possède une charge négative. C’est ce qui fait du chlorure de sodium un composé ionique. Vous pouvez le voir sur la figure 3.

Les ions comme le sodium et le chlorure sont couramment utilisés par les cellules pour différentes fonctions. C’est pourquoi ils doivent être maintenus à une concentration spécifique en permanence pour permettre aux cellules de fonctionner correctement. Une quantité trop importante ou trop faible d’ions comme le sodium et le potassium dans l’organisme peut perturber le fonctionnement de nos nerfs et de nos muscles ! 

Les reins sont des organes excréteurs responsables de la production d’urine, comme le montre la figure 4. Les déchets liquides et solubles de l’organisme, tels que l’urée, sont principalement éliminés par l’urine. L’urine contient de l’eau, tout excès d’ions dont le corps humain n’a pas besoin, de l’urée et d’autres déchets chimiques qui sont filtrés du sang. L’urine produite par les reins est stockée dans la vessie.

L’urée est un sous-produit du métabolisme associé aux protéines. Les protéines sont faites de sous-unités moléculaires plus petites appelées acides aminés. Lorsque les acides aminés sont métabolisés, ils produisent un produit chimique, l’ammoniaque, qui est très toxique pour nos cellules. Chez certains animaux, comme le poisson, l’ammoniaque en tant que sous-produit ne présente pas de risques, car il est libéré dans l’eau environnante où il se dilue. Cependant, puisqu’il est toxique pour l’Homme, l’ammoniaque produit est ammené au foie où il est transformé en urée, un produit chimique moins dangereux pour l’organisme.

Un autre sous-produit du métabolisme des protéines chez certains animaux est l’acide urique, qui est solide et insoluble dans l’eau. Cela peut éviter la perte d’eau chez les lézards qui vivent dans le désert. Il est également important pour les humains de préserver l’eau lorsqu’il fait chaud, ce que le rein peut faire en conservant davantage d’eau et en réduisant la quantité d’eau dans l’urine.

Les déchets tels que l’urée sont ensuite filtrés du sang par les reins. Les reins fonctionnent en filtrant presque tout ce qui se trouve dans le sang, puis en y remettant les quantités de nutriments, d’eau et d’ions nécessaires pour maintenir l’homéostasie. Le mélange final de matières éliminées du sang par les reins est appelé l’urine.

Même si l’urée est moins toxique que l’ammoniaque, elle peut le devenir si elle s’accumule dans l’organisme, c’est pourquoi l’urée doit être constamment éliminée du sang par les reins.

Les élèves pensent souvent que la couleur jaune caractéristique de l’urine est due à l’urée. Cependant, l’urée est un élément chimique incolore. Le pigment de l’urine vient en fait de la dégradation des vieux globules rouges par la rate ! 

La peau élimine les déchets du corps sous forme de sueur. La sueur est sécrétée par des glandes spéciales présentes dans la couche intermédiaire de la peau (appelée derme). La fonction principale de la sueur est de réguler la température corporelle. Cependant, ensemble avec l’urine, la sueur est l’un des moyens par lesquels notre corps excrète l’excès d’eau et d’ions ainsi que de petites quantités d’urée.

La peau est composée de trois couches, l’épiderme, le derme et l’hypoderme comme le montre la figure 5. Dans cette fiche explicative, nous décrirons uniquement l’épiderme et le derme.

L’épiderme se constitue de la couche extérieure imperméable et des cellules sous-jacentes qui remplacent la couche externe lorsqu’elle s’use. Cette couche contient des mélanocytes qui produisent de la mélanine responsable du pigment de la peau.

La couche en dessous est appelée le derme, elle contient la plupart des organes de la peau tels que les follicules pileux, les glandes sudoripares et la glande sébacée (impliquée dans la production d’huiles pour lubrifier les poils et la peau). La glande sudoripare contient un tube sécrétoire enroulé où la sueur est produite et sécrétée. Le follicule pileux, associé au muscle érecteur, est entouré de nombreux vaisseaux sanguins qui peuvent se dilater pour fournir plus de sang vers la zone. Cette dilatation peut contribuer à redistribuer la chaleur vers la peau et, ensemble avec la sueur produite, à refroidir le corps.

L’un des principaux composants ioniques de la sueur est le chlorure de sodium, et comme mentionné precédemment, il s’agit du même composé que le sel que nous utilisons régulièrement pour aromatiser les aliments. C’est pourquoi votre sueur a un goût salé ! Étonnamment, nous transpirons presque tout le temps, même si nous ne le remarquons pas. La sueur s’évapore généralement aussi rapidement qu’elle est produite. Lorsque la sueur s’évapore, elle laisse derrière elle ce sel et d’autres déchets qui peuvent être transformés par des bactéries sur la peau et donner une odeur désagréable s’ils ne sont pas éliminés par lavage. Si elles ne sont pas lavées, ces accumulations peuvent conduire à l’obstruction des glandes sudoripares, qui peuvent former des protubérances douloureuses sur la peau.

Nous ne considérons souvent pas l’eau comme un déchet car nous en avons besoin pour survivre, mais un excès d’eau dans l’organisme peut perturber l’homéostasie, augmenter la pression artérielle et endommager les cellules. Mais ne vous focalisez pas trop là dessus. La peau et les reins travaillent ensemble de manière très efficace pour maintenir à tout moment l’équilibre parfait de l’eau dans notre organisme. Une des meilleures façons de maintenir le bon fonctionnement de votre système excréteur est de boire suffisamment de liquide ! 

Les poumons sont le site d’élimination des déchets gazeux de l’organisme. Les déchets gazeux de l’Homme sont presque entièrement constitués de dioxyde de carbone. Ce dioxyde de carbone est un sous-produit d’un important processus métabolique appelé respiration cellulaire.

La respiration cellulaire est constante dans presque toutes les cellules de l’organisme humain. La respiration cellulaire décompose l’oxygène et le glucose, produisant de l’eau et du dioxyde de carbone. Ce processus produit de l’énergie qui est stockée dans une molécule appelée ATP. L’ATP est ce que nos cellules utilisent pour alimenter presque toutes nos fonctions vitales.

Lorsque notre corps est plus actif, nos cellules ont besoin de plus d’ATP, de sorte que la respiration cellulaire augmente. Cela signifie que nous avons besoin de plus d’oxygène et que nous produisons et libérons plus de dioxyde de carbone. Cela explique pourquoi nos taux de respiration augmentent lorsque nous sommes physiquement actifs ! 

L’excès de dioxyde de carbone produit lors de la respiration cellulaire diffuse à partir de nos cellules vers le sang, qui le transporte vers les poumons où il est excrété lorsque nous expirons. De l’eau est également éliminée de notre organisme lorsque nous expirons, car elle s’évapore des surfaces humides de nos poumons et de nos voies nasales, et c’est pourquoi vous observez de la condensation lorsque vous expirez sur du verre froid.

Une augmentation de la concentration de dioxyde de carbone dans le sang peut diminuer le pH sanguin, le rendant plus acide. Rappelez-vous que de nombreux processus métaboliques sont facilités par les enzymes, qui agissent à des valeurs de pH et de température précises. Une diminution du pH sanguin peut provoquer la dénaturation des enzymes, perturbant de nombreuses réactions chimiques qui nous maintiennent en vie.

Une accumulation de dioxyde de carbone sanguin peut avoir des effets négatifs rapides. Cela explique pourquoi il est si difficile de retenir sa respiration pendant une longue période, ce qui n’est pas dû qu’au manque d’oxygène ! 

Vous pouvez voir le processus de la respiration cellulaire sur la figure 6.

L’excrétion est une fonction vitale essentielle et un aspect important du maintien de l’homéostasie. L’accumulation de déchets dans l’organisme humain peut rapidement conduire à la maladie ou à la mort. Les organes du système excréteur fonctionnent ensemble pour éliminer les déchets solides et insolubles, les déchets liquides et solubles et les déchets gazeux de l’organisme.

Résumons ce que nous avons appris sur l’excrétion dans cette fiche explicative.