L’ORGANISME EN FONCTIONNEMENT
I. Adaptation de l’organisme à l’effort physique
A. Effort physique et activité cardio-respiratoire
Modification de l’activité respiratoire
Modification de l’activité cardiaque
B. Activité musculaire et consommation de dioxygène
Consommation de dioxygène en fonction de l’effort
Les besoins des cellules musculaires
II. L’approvisionnement des muscles en O2 par le système circulatoire
A. Fonctionnement du système circulatoire
Une double circulation
Le cœur : moteur de la circulation sanguine
B. Recharge et décharge du sang en O2
Les échanges gazeux au niveau des poumons
Effort physique et débit sanguin
III. Le contrôle nerveux des fonctions cardio-respiratoires
A. Contrôle du rythme cardiaque
L’autonomie du muscle cardiaque
La régulation nerveuse du rythme cardiaque
B. Le contrôle de la respiration pulmonaire
Les mouvements respiratoires
Le contrôle nerveux du rythme respiratoire
C. La synchronisation des activités cardiaque et respiratoire
I. Adaptation de l’organisme à l’effort physique
Nutriment : substance alimentaire résultant de la digestion, étant récupérée par
les cellules dans la circulation sanguine et servant à fournir de
l’énergie par respiration.
Dioxygène : gaz de formule O2 qui permet la respiration cellulaire dans les
mitochondries.
Respiration : réaction cellulaire transformant les nutriments en énergie en
présence de dioxygène.
A. Effort physique et activité cardio-respiratoire.
1. Modification de l’activité respiratoire.
Volume pulmonaire
Inspiration
Inspiration
forcée
VRI
VC
CV
VRE
Expiration
Expiration
forcée
VR
temps
VC = volume courant (0,71 L)
Capacité totale
(6L)
VRI = volume de réserve inspiratoire (1,61 L)
VRE = volume de réserve expiratoire (1,93 L)
VR = volume résiduel (1,75 L)
CV (4,25 L)
capacité vitale
Volume courant : volume d’air échangé à chaque inspiration ou expiration.
Volume résiduel : volume d’air non mobilisable par ventilation pulmonaire.
Fréquence respiratoire : nombre de cycles inspiration-expiration par minute.
Ventilation pulmonaire : processus d’inspirations et d’expirations qui assure le
renouvellement d’air dans les poumons.
Inspiration : action de faire entrer de l’air dans les poumons.
Expiration : action de faire sortir de l’air des poumons.
Débit ventilatoire : volume d’air échangé entre les poumons et le milieu extérieur
par minute = fréquence respiratoire × volume courant.
Au cours d’un exercice physique, la fréquence (= rythme) respiratoire
augmente. Chez l’adulte, la fréquence au repos est de 17 cycles par
minute. Inspiration et expiration constituent la ventilation pulmonaire
Le débit ventilatoire peut être estimé en mesurant les volumes expirés
pendant un temps donné. Le débit augmente également au cours d’un
effort.
Le volume échangé peut être augmenté lors d’une inspiration ou d’une
expiration forcée.
2. Modification de l’activité cardiaque.
Pouls : distension de la paroi artérielle suite aux battements cardiaques perçue
par palpation au niveau du poignet ou du cou.
Stéthoscope : appareil permettant d’entendre les bruits du cœur.
Fréquence cardiaque : nombre de contractions cardiaques par minute.
Les battements du cœur témoignent de l’activité cardiaque. Elle peut être
mise en évidence en prenant le pouls d’une personne ou en écoutant les
battements du cœur à l’aide d’un stéthoscope.
Au cours d’un exercice physique, la fréquence cardiaque augmente. Elle
peut augmenter de manière importante mais ne peut cependant pas
dépasser une valeur maximale propre à chacun mais qui dépend surtout
de l’âge : on peut estimer cette valeur qui est voisine de
« 220 – âge (en années)»
il s’agit de la fréquence cardiaque théorique maximale (FCTM).
L’augmentation de la fréquence des battements cardiaques et de la
fréquence respiratoire est simultanée lors d’un exercice physique.
=> docs 2b et c p 119 :
placer les points correspondant aux différentes puissances d’effort avec VO2 en
ordonnée et la fréquence cardiaque en abscisse. Relier les points. Trouver la FCTM de
l’élève sachant qu’elle a 16 ans et évaluer son VO2max.
VO2
VO2 max
Fréquence
Cardiaque
204 bpm =
FCTM
Y
B. Activité musculaire et consommation de dioxygène.
1. Consommation de dioxygène en fonction de l’effort.
A
Équation de droite :
C
y = ax + b
B
a = coefficient directeur
b = ordonnée à l’origine
X
D
• cas de la droite A :
• cas de la droite B :
a = 1 et b = 0
y=x
a = 0 et b = 3
y=3
• cas de la droite C : • cas de la droite D :
a = 1,5 et b = 1,5
y = 1,5 x + 1,5
a = -1 et b = 5
y = -x + 5
Calcul du coefficient directeur d’une droite :
Deux points sont nécessaires :
Point 1 (X1 ; Y1)
Point 2 (X2 ; Y2)
Y1 = a X1 + b
Y2 = a X2 + b
Peu importe la valeur de b, car celui-ci
s’annule entre les deux équations.
Y2 – Y1 = (a X2 + b) – (a X1 + b)
Y2 – Y1 = a X2 – a X1
Y2 – Y1 = a (X2 – X1)
a = (Y2 – Y1) / (X2 – X1)
Volume total de dioxygène
consommé
temps
ExAO : Expérimentation Assistée par ordinateur. Elle nécessite un ordinateur et
une interface adaptée.
Intensité respiratoire : quantité de dioxygène consommée par unité de temps et
unité de masse. Elle s’exprime en L.min-1.kg-1.
VO2 max : valeur maximale de consommation de dioxygène pour un organisme
donné exprimé en litre par minute. .
En situation de repos, l’organisme consomme en permanence du
dioxygène.
On peut mesurer cette consommation à l’aide d’un dispositif ExAO et
évaluer l’intensité respiratoire (IR). C’est la seule donnée valable pour des
comparaisons quel que soit l’effort effectué et sa durée ou la personne
considérée.
Pour un effort modéré, on observe un accroissement de la consommation
de dioxygène. La valeur de l’intensité respiratoire augmente avec
l’intensité de l’effort. Mais chacun a ses limites dans l’approvisionnement
en dioxygène
La consommation en O2 pour un effort intense est mesurée chez les
sportifs sous contrôle médical. Elle augmente avec l’effort jusqu’à
atteindre une valeur maximale, même si l’effort augmente. Cette
consommation maximale est appelée VO2 max et est exprimée en L/min.
Le VO2 max peut être amélioré par l’entraînement mais dépend également
de plusieurs facteurs dont l’âge, le sexe et même certains facteurs
génétiques.
2. Les besoins des cellules musculaires.
Muscle : organe spécialisé capable de changer de taille par contraction ou
relâchement et permettant de réaliser des mouvements.
Respiration
Glucose + Dioxygène → Dioxyde de carbone + Eau + Énergie
C6H12O6 +
6 O2
→
6 CO2
+ 6 H2 O
+
Énergie
Le dioxygène est transporté par le sang vers l’ensemble des cellules de
l’organisme.
Il est à 98 % contenu dans les hématies piégé par l’hémoglobine et à 2 %
dissous dans le plasma sanguin.
Dans la totalité du volume sanguin ( environ 5 L), la quantité de dioxygène
est en moyenne de 850 mL.
Dans les cellules musculaires, une molécule particulière existe : la
myoglobine. Elle peut, comme l’hémoglobine, se fixer au dioxygène.
Il existe donc dans les muscles une petite quantité de dioxygène piégé
(150 mL dans la totalité des muscles), mais cela ne constitue pas une
réserve.
Un individu au repos consomme en moyenne 260 mL d’O2 par minute
→ Exercice 4 p144
1.Commentez rapidement les performances enregistrées à Mexico.
Elles sont systématiquement inférieures à celles obtenues à la même époque au niveau
de la mer. Les différences sont peu importantes pour les courses brèves, comme le
sprint. En revanche, elles deviennent importantes dès que l’effort se prolonge.
2.Comment varie la consommation maximale de dioxygène en fonction de l’altitude
(graphique A) ? Quelle relation faites-vous entre le graphique A et le graphique B ?
La baisse du VO2max avec l’altitude est « spectaculaire ». À l’altitude de Mexico, elle est
déjà réduite de 10 % environ. Le deuxième graphique représente la pression partielle
d’oxygène dans l’air en fonction de l’altitude. (document à comparer au document p130).
Au niveau de la mer, la pression partielle en O2 est de 160 mmHg (la pression totale est
de 760 mmHg et 21 % O2 ⇒ 760 × 21 / 100 = 160 mmHg) et le sang se charge en O2
(40 → 104 mmHg). En altitude la pression partielle descend en dessous de 104 mmHg ;
le sang est donc forcément de moins en moins saturé d’où une baisse du VO2max.
Question subsidiaire : qu’est-ce qui peut se passer vers 6000 m ?
Si la pression partielle descend sous 40 mmHg ⇒ l’O2 ne peut plus passer dans le
sang…
3.Expliquez les performances sportives ci-dessus en mettant en relation les graphiques et
vos connaissances sur les besoins des muscles en activité.
Performances ⇒ fonctionnement optimal des muscles ⇒ meilleure oxygénation
possible. Baisse de performances = conséquence de la baisse de l’oxygénation.
Glucose : molécule organique appartenant au groupe des sucres (oses) et
utilisée comme source d’énergie par les cellules.
Coupe transversale de muscle avant contraction (à gauche) et après (à droite).
Le glycogène est coloré en violet
Si l’organisme ne peut pas faire de réserve de dioxygène, il en va
autrement pour les nutriments. Ces réserves sont localisées
dans les cellules musculaires sous forme de glycogène (forme
de réserve du glucose) et dans le tissu adipeux, sous forme de
triglycérides.