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Sommaire
I.
INTRODUCTION A LA PHYSIOLOGIE DES GRANDES FONCTIONS ........................................ 2
A.
B.
C.
II.
ROLES DES GRANDES FONCTIONS PHYSIOLOGIQUES ............................................................................... 2
GRANDES FONCTIONS PHYSIOLOGIQUES ET SITUATION D’EXERCICE PHYSIQUE ....................................... 2
SYSTEMES DE COMMUNICATION ET DE REGULATION DES GRANDES FONCTIONS PHYSIOLOGIQUES. .......... 2
1.
Organisation générale du système nerveux ...................................................................................... 2
2.
Le système endocrinien ................................................................................................................... 2
3.
Spécificité et complémentarité du système nerveux et du système endocrinien (diapo 25) ................. 2
LE SYSTEME CARDIO-VASCULAIRE ............................................................................................. 2
A.
1.
2.
3.
B.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
C.
1.
2.
3.
III.
COMPOSITION DU SANG ET ROLES DU SANG ........................................................................................... 2
Les globules rouges ........................................................................................................................ 2
Les globules blancs et les plaquettes ............................................................................................... 2
Le plasma ....................................................................................................................................... 2
LE CŒUR : STRUCTURE ET FONCTION .................................................................................................... 2
Situation du coeur........................................................................................................................... 2
Le cœur : 2 pompes distinctes ......................................................................................................... 2
Le myocarde ................................................................................................................................... 2
Le système cardionecteur et le couplage excitation contraction ....................................................... 2
Cycle cardiaque. Révolution cardiaque. .......................................................................................... 2
Les paramètres caractérisant la fonction cardiaque (diapo 22)........................................................ 2
La régulation et la modulation de la fréquence cardiaque (diapo 23)............................................... 3
La régulation du VES (diapo 25) ..................................................................................................... 3
LE SYSTEME VASCULAIRE .................................................................................................................... 3
Hémodynamique ............................................................................................................................. 3
Anatomie des structures du système vasculaire ................................................................................ 3
Régulation de la pression artérielle (diapo 40 et diapo 41) .............................................................. 3
LE SYSTEME RESPIRATOIRE ..................................................................................................... 3
A.
1.
2.
3.
4.
B.
1.
2.
3.
C.
D.
1.
ANATOMIE DU SYSTEME RESPIRATOIRE................................................................................................. 3
Zone de conduction......................................................................................................................... 3
Zone respiratoire ............................................................................................................................ 3
Poumons et plèvre .......................................................................................................................... 3
Irrigation des poumons ................................................................................................................... 3
MECANIQUE DE LA VENTILATION PULMONAIRE ..................................................................................... 3
Principes physiques ........................................................................................................................ 3
Phase inspiratoire (diapo 11).......................................................................................................... 4
Phase expiratoire (diapo 14)........................................................................................................... 4
ECHANGES GAZEUX ............................................................................................................................. 5
TRANSPORT DES GAZ DANS LE SANG ..................................................................................................... 6
Transport de l’O2 ........................................................................................................................... 6
I. Introduction à la Physiologie des Grandes Fonctions
A. Rôles des grandes fonctions physiologiques
B. Grandes fonctions physiologiques et situation d’exercice physique
C. Systèmes de communication et de régulation des grandes fonctions
physiologiques.
1. Organisation générale du système nerveux
2. Le système endocrinien
a) Glandes surrénales (diapo 17)
b) Le complexe hypothalamo-hypophysaire
3. Spécificité et complémentarité du système nerveux et du système
endocrinien (diapo 25)
II. Le système cardio-vasculaire
A. Composition du sang et rôles du sang
1. Les globules rouges
2. Les globules blancs et les plaquettes
3. Le plasma
B. Le cœur : structure et fonction
1. Situation du coeur
2. Le cœur : 2 pompes distinctes
3. Le myocarde
4. Le système cardionecteur et le couplage excitation contraction
5. Cycle cardiaque. Révolution cardiaque.
6. Les paramètres caractérisant la fonction cardiaque (diapo 22)
7. La régulation et la modulation de la fréquence cardiaque (diapo 23)
8. La régulation du VES (diapo 25)
C. Le système vasculaire
1. Hémodynamique
2. Anatomie des structures du système vasculaire
3. Régulation de la pression artérielle (diapo 40 et diapo 41)
III. Le système respiratoire
A. Anatomie du système respiratoire
1. Zone de conduction
2. Zone respiratoire
3. Poumons et plèvre
4. Irrigation des poumons
B. Mécanique de la ventilation pulmonaire
1. Principes physiques
2. Phase inspiratoire (diapo 11)
La phase inspiratoire est initiée par la contraction de muscles inspirateurs. Lorsque
l’inspiration est normale (elle n’est pas forcée), les muscles inspirateurs sollicités sont le
diaphragme et les muscles intercostaux externes. Les muscles intercostaux tapissent l’espace
compris entre deux côtes sur leur face externe. En se contractant, ils rapprochent les côtes les
unes des autres pour soulever la cage thoracique. Le diaphragme (diapo 12) est le principal
muscle inspirateur. Il s’agit d’un muscle plat, en forme de dôme qui sépare la cavité
thoracique de la cavité abdominale. Ce muscle contient, au sommet du dôme, un tendon plat
(centre phrénique) duquel partent 3 faisceaux de fibres : les fibres sternales (qui vont
s’attacher au sternum), les fibres vertébrales (qui vont s’attacher sur les vertèbres lombaires)
et les fibres costales (qui vont s’attacher aux côtes de C7 à C12). Lorsque ce muscle se
contracte, il descend et s’aplatit et engendre une augmentation du volume de la cage
thoracique en largeur et en profondeur. Solidaire de la cage thoracique par la plèvre, les
poumons, grâce à leur élasticité naturelle, vont voir leur volume augmenté. Cette
augmentation va conduire à réduire la pression à l’intérieur des alvéoles (cf. relation
pression/volume). La pression alvéolaire va alors devenir inférieure à la pression
atmosphérique. Cette différence de pression conduit à l’écoulement de l’air des zones de
hautes pressions (environnement) vers les zones de basses pressions (les alvéoles
pulmonaires). L’écoulement de l’air se poursuit jusqu’à ce que les pressions s’égalisent : c’est
la phase inspiratoire. Au repos, lorsque l’inspiration n’est pas forcée, il rentre dans les
poumons 500ml d’air (volume courant).
Lorsque l’inspiration est forcée, s’ajoutent à l’action des muscles intercostaux externes et
diaphragme, l’action de muscles dits accessoires de l’inspiration (diapo 13): les muscles
scalènes, le sterno-cléido mastoïdien, le grand pectoral. Ces muscles vont contribuer à élever
les côtes et le sternum vers l’avant augmentant le diamètre antéro-postérieur du thorax.
3. Phase expiratoire (diapo 14)
Contrairement à l’inspiration, l’expiration non forcée est un processus passif du au
relâchement des muscles inspiratoires. Le diaphragme, en se relâchant, va remontrer en
direction de la cage thoracique et reprendre sa forme de dôme. Il en résulte une diminution du
volume de la cage thoracique. Les déformations de la cage thoracique vont se répercuter sur
les poumons, ces derniers étant élastiques et solidaires de la cage thoracique par le biais de la
plèvre. La diminution du volume pulmonaire va alors induire une augmentation de la pression
intra-alvélolaire. Cette dernière va alors dépasser la pression atmosphérique et les gaz
s’écoulent des zones de hautes pressions (les poumons ) vers les zones de basses pressions
(l’environnement).
Contrairement à l’expiration non forcée, l’expiration forcée est un processus actif qui sollicite
les muscles abdominaux et les muscles intercostaux internes.
C. Echanges gazeux
Dans l’organisme, les échanges gazeux se produisent à deux niveaux (diapo 16). Ils ont lieu
au niveau pulmonaire. On parle de respiration externe. A ce niveau, les gaz s’échangent au
niveau de la membrane alvéolo-capillaire. L’O2 va diffuser de l’alvéole vers les capillaires
pulmonaires alors que le CO2 va diffuser des capillaires pulmonaires vers les alvéoles. Les
échanges gazeux ont aussi lieu au niveau des tissus. A ce niveau, l’O2 va diffuser des
capillaires sanguins vers les tissus alors que le CO2 va diffuser des tissus vers les capillaires
sanguins. Les échanges gazeux au niveau pulmonaire et les échanges gazeux au niveau des
tissus sont déterminés par trois paramètres :
-
le gradient de pression partielle1
-
la solubilité de ces gaz dans les liquides
-
les caractéristiques de la membrane de diffusion
Gradient de pression partielle
Au niveau pulmonaire, lorsque l’air arrive dans les alvéoles, la pression partielle en O2 est de
104mmHg, celle du CO2 de 40mmHg. Les pressions partielles correspondantes dans les
capillaires pulmonaires sont de 40mmHg pour l’O2 et de 45mmHg pour le CO2. En effet, le
sang qui arrive dans les poumons est un sang qui est riche en CO2 et pauvre en O2.
Les différences de pression partielle en O2 dans le compartiment alvéolaire et dans le
compartiment sanguin poussent l’ O2 à quitter l’alvéole pour aller vers les capillaires
pulmonaires (les gaz vont des zones de hautes pressions vers les zones de basses pressions)
vers les poumons. La diffusion du gaz cesse quand la pression en O2 s’est équilibrée dans les
capillaires pulmonaires (104mmHg).
Les différences de pression partielle en CO2 dans le compartiment alvéolaire et dans le
compartiment sanguin poussent le CO2 à quitter les capillaires pulmonaires pour aller vers les
alvéoles (les gaz vont des zones de hautes pressions vers les zones de basses pressions). La
1
La pression partielle d’un gaz dans un mélange gazeux correspond à la pression de ce gaz dans le mélange. On
parle ainsi de pression partielle en 02 ou de pression partielle en CO2 ;
diffusion du gaz cesse quand la pression en CO2 s’est équilibrée dans les capillaires
pulmonaires (40 mmHg).
Bien que le gradient de pression pour le CO2 (5mmHg) soit plus petit que celui de l’O2
(64mmHg), les échanges gazeux se produisent à la même vitesse2 car la solubilité du CO2 est
20 plus élevé que celle de l’O2 (diapo 18). Or plus un gaz est soluble dans l’eau, plus il
diffuse vite. Enfin, les échanges gazeux sont aussi dépendants de la surface d’échange (la
zone d’interface au niveau de laquelle diffusent les gaz). Au niveau pulmonaire, cette surface
correspond à la membrane alvéolo-capillaire. En contrôlant la perfusion des tissus (contrôle
du flux de sang par la vasomotricité des artérioles et des sphincters), les surfaces d’échange
sont modulables en fonction des besoins.
D. Transport des gaz dans le sang
Le transport des gaz échangés au niveau de l’appareil respiratoire ou au niveau des tissus est
assuré par le sang.
1. Transport de l’O2
Dans le sang, l’oxygène est transporté de manière dissoute dans le plasma. Cette forme de
transport est minime (1.5%), l’O2 étant peu soluble dans l’eau. La quasi-totalité de l’O2
(98.5%) est transportée, liée à une protéine, l’hémoglobine contenue dans les globules rouges
Les globules rouges (diapo 19) sont des petites cellules (2µm d’épaisseur, et 7µm de
diamètre) en suspension dans le sang qui présentent des caractéristiques particulières sur le
plan morphologique. Elles n’ont pas de noyaux (il n’y a donc pas de possibilité de synthèse
protéique, de croissance ou de division cellulaire), de rares organistes, une capacité de
déformation importante et une durée de vie limitée (120 jours). D’un point de vue
métabolique, les globules rouges produisent leur ATP par le métabolisme anaérobie (pas de
mitochondries). Leur renouvellement (cf TD cardio 2) est assuré par le processus
d’érythropoièse sous contrôle de l’EPO. La fonction des globules rouges est de transporter
l’oxygène. Pour cela, les globules rouges renferment des molécules d’hémoglobine.
L’hémoglobine (diapo 20) est une molécule constituée d’une protéine, la globine formée de 4
sous-unités protéiques. Chaque sous-unité est associée à une structure en forme d’anneau
2
La vitesse de diffusion est proportionnelle au gradient de pression.
appelée Hème. Chaque hème possède en son centre un atome de fer susceptible de se fixer à
une molécule d’O2. Chaque hémoglobine peut donc transporter jusqu’à 4 molécules3. La
concentration d’ hémoglobine est de 14-17,87 g/dl de sang chez l’homme et de 12,10 à 16,4
g/dl de sang chez la femme.
L’hémoglobine est une protéine qui se lie de manière réversible à l’oxygène (diapo 21).
Lorsque le sang, pauvre en oxygène, passe dans les poumons, l’O2 diffuse de l’alvéole vers
les capillaires pulmonaires. Il pénètre dans le globule rouge et se lie aux molécules
d’hémoglobine. Au cours de sa liaison à l’atome de fer, l’hémoglobine change de forme ce
qui facilite l’association de la molécule d’oxygène suivante sur les autres sous-unités. Il se
forme alors le complexe appelé oxyhémoglobine (HbO2) qui se colore en rouge vif. Quand 4
molécules d’O2 sont fixées à l’hémoglobine, on dit que l’hémoglobine est saturée.
Au niveau des tissus, le processus est inversé. Le sang en provenance des poumons, riche en
02, va distribuer l’O2 aux tissus en fonction des besoins. L’O2 se dissocie alors du fer, on
parle de dissociation de l’hémoglobine. Elle reprend alors sa forme initiale, passe dans sa
configuration désoxyhémoglobine (HHb, forme libre de tout O2) et prend une couleur rouge
sombre.
La saturation et la dissociation de l’hémoglobine dépendent de plusieurs facteurs physicochimiques (diapo 23):
-
Pression partielle en O2 (ppO2)
-
Pression partielle en CO2 (ppCO2)
-
Température
-
pH
-
concentration en 2,3 DPG (diapo 24)4
Saturation de Hb
Dissociation de Hb
ppO2
S’élève avec ì de ppO2
S’élève avec î de ppO2
ppCO2
S’élève avec î de ppCO2
S’élève avec ì de ppCO2
température
S’élève avec î de T°
S’élève avec ì de T°
pH
S’élève avec ì du pH
S’élève avec î du pH
[2,3 DPG]
S’élève avec î de la [2,3 DPG]
S’élève avec ì de la [2,3 DPG]
3
Un globule rouge contient 250 millions de molécules d’hémoglobine et donc un millard de molécules d’O2
4
Le 2-3 diphosphoglycérate est une molécule produite au cours de la glycolyse dans le globule rouge.