Cours n 04

Cours N°4.
LA PHYSIOLOGIE DU SPORTIF
Les performances sportives exigent divers efforts des organes du corps humain et de leurs
fonctions. Les fonctions physiologiques de l’organisme humain doivent s’adapter et réagir
d’une manière optimale aux besoins accrus de l’exercice musculaire. Ce sont les systèmes
neuro-musculaire, cardiovasculaire et respiratoire qui jouent un rôle primordial dans ce
processus d’adaptation.
Le système neuro-musculaire
La production d’une contraction musculaire, qui représente l’aspect fondamental de la
motricité humaine, est subordonnée à l’envoi d’impulsions nerveuses motrices par le système
nerveux central. On ne peut pas dissocier un muscle du nerf moteur qui le commande. Ce nerf
moteur est constitué d’un grand nombre de neurones. Le corps de ces neurones se situe dans
la corne antérieure de la moelle épinière. Ces neurones moteurs, appelés ainsi parce qu’ils
sont responsables des mouvements, sont les motoneurones alpha. En se ramifiant, chaque
motoneurone alpha innerve un certain nombre de cellules musculaires appelées fibres
musculaires. L’ensemble des fibres musculaires innervées par une cellule de la corne
antérieure de la moelle épinière porte le nom d’unité motrice. Il n’y a pas de contraction
musculaire possible sans l’intégrité des éléments suivants : un motoneurone alpha, les
jonctions neuromusculaires et les fibres musculaires innervées par ce motoneurone.
La capacité de mouvement de l’être humain est basée sur une diversité de contractions et de
relâchements de quelques cent muscles, dont chacun implique des milliers de fibres
musculaires. Le système nerveux central permet de transformer des actions motrices simples
en un tout cohérent. Le plan du mouvement volontaire coordonne l’activité des muscles
agonistes et antagonistes (coordination du mouvement), les processus d’excitation nerveuse et
d’inhibition étant intimement liés.
Le système nerveux central comprend le cerveau, le diencéphale, le mésencéphale,
la protubérance et le cervelet, lebulbe rachidien et la moelle épinière. Les processus sensorimoteurs qui se déroulent dans le cortex jouent un rôle de gestion avec l’appui de structures
sous-jacentes. C’est la moelle épinière qui est le principal conducteur de l’influx nerveux.
L’action motrice s’engage au niveau des centres nerveux, continue tout au long des voies
pyramidales et s’aboutit sur les plaques neuro-musculaires des fibres. L’action volontaire des
muscles striés est donc étroitement liée avec la partie motrice de structures cérébrales et aisée
par des réflexes d’origine proprioceptive ou extéroceptive. Les propriocepteurs impliqués
dans le réflexe myotatique ou d’étirement sont les récepteurs musculaires, tendineux et
articulaires (les fibres intrafusales des fuseaux neuromusculaires et les récepteurs tendineux organes de Golgi), qui jouent un rôle important dans le maintien de la posture (motricité de
soutien) et dans la localisation de la position des extrémités (motricité d’action).
L’apprentissage moteur
Le rôle du système nerveux est fondamental aussi pour l’apprentissage moteur. Les processus
d’apprentissage permettent aux circuits nerveux moteurs de se perfectionner. Durant le
déroulement de ce processus, les excitations nerveuses se précisent, depuis une simple
irradiation des stimuli et, passant par une concentration mentale, elles finissent par une
automatisation totale du mouvement particulier et bien délimité. Les mouvements automatisés
sont exécutés sans l’intervention du cortex cérébral qui peut donc mieux se consacrer au
contrôle du bon déroulement du mouvement.
Le système cardiovasculaire
Le système cardiovasculaire humain est une boucle fermée dans laquelle circule le sang de
tous les tissus. L’appareil cardiovasculaire (circulatoire) est composé par le cœur, véritable
pompe vasculaire, et par les vaisseaux sanguins: artères, veines et capillaires.
Le cœur est un muscle creux dont la partie proprement musculaire, appelée myocarde, est
constituée de fibres striées dont l’innervation est involontaire. Il se situe dans la cage
thoracique, en arrière du sternum qu’il déborde largement sur la gauche. Il est divisé en quatre
cavités:

deux cavités supérieures, les oreillettes, qui reçoivent le sang (l’oreillette droite reçoit
le sang périphérique, la gauche celui qui vient des poumons),

deux cavités inférieures, les ventricules, qui propulsent le sang vers toutes les cellules
par l’aorte pour le ventricule gauche, vers les poumons par l’artère pulmonaire pour le
ventricule droit. Entre l’oreillette droite et le ventricule droit, entre l’oreillette gauche
et le ventricule gauche, entre chaque ventricule et l’artère efférente, un système de
valvules étanches interdit le retour du sang en amont.
La circulation du sang est assurée grâce aux contractions rythmiques du cœur qui crée la
pression nécessaire pour propulser le sang dans tout l’organisme. Le sang passe du cœur vers
les artères et retourne au cœur par les veines.
Les branches artérielles s’étendent de l’artère la plus importante, l’aorte, vers les plus petits
vaisseaux, les artérioles, qui se ramifient en vaisseaux encore plus petits, voire
microscopiques, les capillaires. Tous les échanges de dioxygène, dedioxyde de carbone et
des nutriments (glucides, lipides, acides aminés, sels minéraux, vitamines et eau) entre les
tissus et le système vasculaire passe par le lit capillaire. Le sang contenu dans les capillaires
fournit du dioxygène et des nutriments aux cellules puis va dans des petits vaisseaux
appelés veinules. Ici le sang vient de rentrer dans la partie veineuse du système vasculaire.
Ensuite, les veinules retournant au cœur se regroupent pour former de plus gros vaisseaux, les
veines.
La
fonction
du
cœur:
la
grande
De cet ensemble, deux circuits peuvent être distingués :

et
la
petite
circulation
la petite circulation comprend le ventricule droit qui propulse le sang dans l’artère
pulmonaire, et ses ramifications, puis les capillaires pulmonaires. Au niveau des
poumons, le réseau capillaire donne naissance à quatre veines pulmonaires qui vont
véhiculer le sang artériel (oxygéné et débarassé d’une partie importante de son gaz
carbonique) vers le cœur (oreillette gauche).

la grande circulation qui, partant du ventricule gauche, véhicule le sang riche en
dioxygène (rouge vermeil) par l’intermédiaire de l’aorte puis de ses multiples
arborisations jusqu’aux tissus. Ce circuit se poursuit par les vaisseaux capillaires, par
le réseau veineux qui ramène le sang appauvri en dioxygène et chargé de déchets
(rouge sombre) aux deux grosses veines caves, supérieure et inférieure (pour les
parties du corps se trouvant respectivement au-dessus et au-dessous du cœur)
lesquelles débouchent sur l’oreillette droite. Le circuit est enfin bouclé.
Le
rythme
cardiaque
La prise du pouls est une méthode largement utilisée pour mesurer l’intensité de la
performance en faisant du vélo, de la natation, de la course à pied, et d’autres activités
physiques. En dehors des activités physiques, le pouls est apprécié pendant 15, 20, 30 ou 60
secondes. A la fin d’un effort de forte intensité, 5 ou 10 secondes peuvent suffire (un
coefficient multiplicateur est utilisé pour obtenir le rythme/minute).
Au repos, le pouls d’un sédentaire est, en moyenne, de 75 pulsations, mais il varie en fonction
de l’âge, du sexe, de la taille, du poids et de facteurs innés. Le cœur d’un sportif plus entraîné
est plus performant que celui d’un homme sédentaire.
En effet, le cœur est sollicité lors de l’entraînement et comme il est, lui aussi, un muscle, il
accroît ses capacités sanguines. Ainsi, le volume du sang éjecté à chaque contraction du
cœur est plus élevé. Les performances du cœur étant accrues, les besoins de l’organisme sont
couverts par un moindre travail cardiaque. Pour cela, le cœur d’un sportif est assez lent:
environ 40 pulsations par minute. Cependant, lors d’un exercice modéré, le rythme cardiaque
passe d’environ 75battements par minute à 140 battements par minute. Or, après un 100 m de
course à pied, le cœur se contracte trois à quatre fois plus vite car durant notre course, nous
avons multiplié par trois ou quatre nos besoins en dioxygène et le rejet du dioxyde de carbone
dans notre sang.
Le temps nécessaire au retour du pouls à la normale dépend de l’intensité de l’exercice et de
la condition physique du sujet. Ainsi, l’accroissement de l’intensité de l’exercice augmente le
temps de récupération; inversement et pour un effort déterminé, l’amélioration de
l’entraînement diminue ce temps.
Le système respiratoire
L’appareil respiratoire est constitué des voies respiratoires et des poumons, en étroite liaison
avec le système cardiovasculaire. Le système respiratoire permet le passage du dioxygène de
l’air dans le sang et le rejet du gaz carbonique. Les organes du système respiratoire incluent,
de haut en bas :

les voies aériennes supérieures qui ne participent pas aux échanges gazeux - le nez
(les fosses nasales), la cavité nasale, le pharynx (le carrefour des voies respiratoires et
digestives), le larynx (le siège des cordes vocales), la trachéeet les bronches (sont les
deux prolongements de la trachée);

les voies aériennes inférieures - les bronchioles (les ramifications des bronches),
les alvéoles (les terminaisons des bronchioles) et les poumons eux-mêmes.
Le premier rôle du système respiratoire est de fournir un moyen d’échange des gaz entre
l’organisme et l’environnement extérieur. Ainsi, le système respiratoire remplace dans le sang
du dioxygène utilisé par l’organisme et le débarasse du dioxyde de carbone (CO2) produit par
le métabolisme. On parle ici de la ventilation, ou respiration pulmonaire. C’est au niveau des
alvéoles, très riches en capillaires, que les échanges s’effectuent. La ventilation associe
alternativementinspiration et expiration. L’inspiration correspond au remplissage alvéolaire.
Elle est produite essentiellement par lediaphragme, large muscle en forme de coupole qui
sépare le thorax de l’abdomen, et par une partie des muscles intercostaux. L’action de ces
muscles augmente le volume intrathoracique pour que les côtes s’écartent et que le
diaphragme s’abaisse. L’air passe par les voies respiratoires jusqu’aux poumons. Une fois
dans les poumons, il parvient dans de tout petits sacs, les alvéoles pulmonaires, riches en
capillaires. Le nombre important d’alvéoles permet une grande surface d’échange pour la
diffusion du gaz. Ainsi, le sang pulmonaire devient riche en dioxygène, tandis que l’air
pulmonaire s’enrichit en dioxyde de carbone.
L’expiration normale est passive, sans action musculaire (l’expiration forcée nécessite, en
outre, des muscles abdominaux), la cage thoracique et le diaphragme s’abaissent, le volume
environnant les poumons rétrécit; ils sont comprimés et expulsent l’air riche en dioxyde de
carbone rejeté par les organes. Le cycle de la ventilation est fini.
VO2 max
VO2 max exprime le volume maximale de dioxygène (en l ou ml) absorbé par unité de temps
(en min). La consommation de dioxygène est un facteur déterminant de la performance pour
toutes les épreuves d’endurance. Cette valeur est variable selon les individus et leur degré
d’entraînement, elle diminue avec l’âge et est égale à 70 ans à 60% de celle relevée à 20 ans.
La consommation de dioxygène au repos est similaire chez le sportif spécialiste des épreuves
de longue durée (dit sportif “d’endurance”) et le non-sportif : 0,3 l/min. Cependant la valeur
maximale de la consommation de dioxygène est au moins deux à trois fois supérieure chez le
sportif d’endurance. Tous les facteurs participant aux échanges gazeux (appareils respiratoire
et circulatoire, éléments biochimiques du sang et des tissus) étant ici utilisés au maximum de
leurs possibilités, la mesure de la VO2 max est très indicative des possibilités actuelles et
futures d’un individu pratiquant un sport à forte consommation aérobie. C’est donc un facteur
déterminant de la performance des athlètes de haut niveau.