Le cousr fait en classe

L’organisme en fonctionnement
I. Adaptation de l’organisme à l’activité sportive :
TP sport-1
RAPPELS
L’activité physique se caractérise par la mise en jeu de muscles squelettiques qui se contractent
entraînant des mouvements ou des postures. La contraction musculaire :
 Résulte de l’arrivée dans le muscle d’un message nerveux.
 Aboutit à un raccourcissement de la longueur du muscle.
 Nécessite l’utilisation par les cellules musculaires d’une certaine quantité d’énergie.
 Entraîne une augmentation des rythmes cardiaque et respiratoire.
Rôle du cœur : mettre en mouvement le sang.
Rôle des poumons : ventiler et échanger des gaz entre l’air et le sang
Rôle du sang : transporter des gaz dissouts et des molécules entre les organes.
1°) Travail musculaire et dépense énergétique :
INFO : L’énergie utilisée par les muscles provient pour l’essentiel de l’oxydation du glucose.
Le métabolisme décrit ici correspond à la respiration cellulaire.
Schéma :
Message
nerveux
CONTRACTION
Energie
Glucose
SANG
O2
RESPIRATION
H2 O
CO2
MUSCLE
Chaleur
Le dioxygène provient des échanges gazeux au niveau des poumons (= ventilation pulmonaire).
Le glucose provient de la dégradation des aliments au niveau des intestins (= digestion).
2°) Modifications physiologiques au cours d’un effort :
Au cours d’un exercice physique, le muscle a plus besoin d’énergie : il augmente sa consommation
en dioxygène et en nutriments.
En conséquence on observe une modification des paramètres cardiaques et ventilatoires.
a- Les paramètres cardiaques :
Le pouls correspond à la déformation de la paroi des artères consécutivement à l’éjection de sang hors
du cœur lors d’un battement. Appendre à sentir son pouls sur le poignet ou dans le cou.
Remarque : l’activité cardiaque peut être mesurée en enregistrant à l’aide d’électrodes l’activité électrique
générée par la contraction du muscle cardiaque (électrocardiogramme) en captant le pouls avec un appareil
(cardio-fréquence-mètre) ou en écoutant les « bruits du cœur » (avec un stéthoscope).
Mesures de la fréquence cardiaque (nombre de battements pendant une minute = rythme
cardiaque) au repos puis au cours d’un effort :
Graphe montrant la variation du rythme cardiaque en fonction de l’activité.
Lors d’un effort on observe :
- un accroissement du nombre de battements par minute (=rythme ou fréquence cardiaque);
- un accroissement du volume de sang pompé par le cœur à chaque battement (=volume
d’éjection systolique)
Le résultat est une augmentation du débit cardiaque ce qui permet une circulation du sang plus
rapide, donc une distribution plus rapide de l’oxygène et le glucose aux muscles.
b- Les paramètres ventilatoires :
La capacité ventilatoire :
Spirométrie = ce sont
les volumes d’air que
l’on peut ventiler selon
l’individu.
Volume de réserve inspiratoire
Volume courant
Volume de réserve expiratoire
Air résiduel
Capacité
vitale
Capacité
totale
Le volume courant correspond au volume d’air utilisé au repos.
Les volumes de réserve permettent d’augmenter le volume d’air ventilé, donc d’augmenter les échanges
gazeux.
Variation du rythme ventilatoire =
Spirographie = Montre la
variation de la fréquence
(rythme) ventilatoire et la
variation de l’amplitude de l’air
ventilé selon l’activité.
Volume utilisé en un mouvement
Nombre de mouvements en 10 s
Volume total utilisé en 10 s
Inspiration
N1
V2
Au repos
V1= 1,3 l
N1= 3,7 cycles
V1*N1= 4,81 l
En exercice
V2= 2,8 l
N2= 5 cycles
V2*N2=14 l
Expiration
N2
V1
Repos
Lors d’un effort on observe :
- Un accroissement des volumes d’air expirés et inspirés (= augmentation de l’amplitude du
volume d’air ventilé)
- Une augmentation du nombre de mouvements respiratoires par unité de temps (=rythme
ou fréquence ventilatoire)
Le résultat est une augmentation du débit ventilatoire ce qui permet d’augmenter les échanges
gazeux entre l’air et le sang et donc de faire entrer davantage d’oxygène.
3°) Approvisionnement des cellules musculaires au cours d’un effort :
TP sport-2
a- Besoins en dioxygène :
Selon les besoins, le dioxygène est donc plus ou moins prélevé dans l’air au niveau des poumons.
Pour chaque individu, l’intensité respiratoire (volume de dioxygène consommé par unité de
temps) est limitée par la quantité maximale de dioxygène qu’il peut prélever et utiliser par unité
de temps appelée VO2 max.
Le VO2 max dépend du débit ventilatoire, et du débit cardiaque.
Ainsi, l’augmentation du débit ventilatoire permet de faire passer davantage de dioxygène
dans le sang ; l’augmentation du débit cardiaque permet de faire parvenir plus rapidement le
dioxygène aux muscles.
L’entraînement permet d’augmenter le VO2
max.
Sports nécessitant des efforts brefs et violents
Sports nécessitant des efforts prolongés et moins intenses
Les sports d’endurance demandent un VO2
max élevé car l’effort étant prolongé, la
fourniture en oxygène au muscle doit se faire
en continu.
Etat sportif
Non entraînés
VO2 max. (L/min)
3,1
Sauteur en hauteur, perchistes
3,8
Cyclistes
5,6
Sprinters, gymnastes
3,9
Marcheurs
5,5
Coureurs de fond (marathon)
6,3
Coureurs de demi-fond (5000 m)
Lanceurs de poids ou de disque
5,6
3,6
b- Besoins en glucose :
Les apports en glucose se faisant par la digestion, ils sont irréguliers.
L’organisme doit stocker le glucose soluble sous une forme insoluble.
Ce stockage se fait au niveau du foie et
des muscles sous forme de glycogène.
Le glycogène est une molécule
composée de glucose (= polymère)
Le glucose peut se transformer en
glycogène (ou inversement) par une
réaction chimique qui nécessite
l’intervention d’enzymes :
n glucose
glycogène
Avant un effort, le glucose issu de la digestion est transformé en glycogène par les
enzymes des cellules musculaires et hépatiques.
Lors d’un effort, un muscle devra adopter une stratégie lui permettant de s’alimenter en glucose :
-
-
-
En début d’effort, le muscle utilise le glucose sanguin et commence la transformation
du glycogène en glucose (cette réaction prend quelques minutes)
Si l’apport en dioxygène est insuffisant, le muscle réalise une fermentation (production d’acide
lactique)
Si l’effort se prolonge, l’augmentation des débits cardiaques et ventilatoires
permettent l’apport en dioxygène et en glucose provenant de la transformation du
glycogène du foie.
Un VO2 max important est alors nécessaire pour permettre des efforts prolongés et intenses.
Après l’effort, une période de récupération est nécessaire pour remettre en état les
stocks de glycogène musculaires et hépatiques.
4°) Le cœur et la circulation sanguine :
Fiche sport-3
a- Organisation du cœur :
Le cœur est un muscle creux constitué de
deux parties, cœur droit et cœur gauche,
séparées par une cloison et à l'intérieur
desquelles circule le sang. Chacune des
parties renferme deux cavités : une
oreillette et un ventricule.
b- Fonctionnement du coeur :
Le sang entre dans le cœur au niveau des
oreillettes par des veines (parois fines = peu
de pression) Il passe dans les ventricules puis
sort du cœur par des artères (parois épaisses = forte pression)
Le sens de la circulation à l'intérieur du cœur est imposé par les valvules.
Les valvules auriculo-ventriculaires entre les oreillettes et les ventricules empêchent le
reflux du sang dans les oreillettes au moment de la contraction ventriculaire;
Les valvules ventriculo-artérielles (=valvules sigmoïdes) entre les ventricules et les
artères empêchent le reflux du sang dans les ventricules au moment du relâchement du
muscle cardiaque.
Cycle cardiaque : succession de contractions (systoles) et d’une période de repos (diastole)
La systole auriculaire (appelée aussi la
systole des oreillettes) correspond à la
contraction des muscles des
oreillettes : les valvules auriculoventriculaires s’ouvrent, et les
ventricules se remplissent se sang.
La systole ventriculaire : les valvules
auriculo-ventriculaires se ferment
(empêchant ainsi le sang de retourner
en arrière) ; ce phénomène est du à
une augmentation considérable de la
pression ; cette fermeture provoque
un premier bruit « poum ». En même
temps, les valvules sigmoïdes (qui se
situent à l’entrée des artères)
s’ouvrent permettant au sang de
couler dans l’artère aorte (ventricule
gauche) et dans l’artère pulmonaire
(ventricule droit).
La diastole correspond au repos du
cœur. C’est la période de la révolution cardiaque durant laquelle les oreillettes et les ventricules
ne se contractent pas. Les oreillettes se dilatent et se remplissent de sang. Le relâchement des
ventricules provoque la fermeture des valvules sigmoïdes empêchant le sang de revenir dans les
ventricules ; cette fermeture provoque un second bruit « pap ».
Pendant la diastole, le muscle cardiaque s’oxygène grâce aux artères coronaires.
On pourra noter que le temps de la diastole est environ 2,5 fois plus long que celui de la systole.
c- Circulation sanguine :
Le cœur correspond à 2 pompes desservant chacune un circuit distinct (comme un montage
en série) Le cœur droit est la pompe de la circulation pulmonaire. Le sang peu oxygéné
provenant de l'ensemble des organes arrive dans l'oreillette droite par les veines caves,
passe dans le ventricule droit puis dans les artères pulmonaires pour se rendre aux
poumons. Le cœur gauche est la pompe de la circulation générale. Le sang riche en
dioxygène provenant des poumons arrive dans l'oreillette gauche par les veines
pulmonaires, passe dans le ventricule gauche puis dans l'artère aorte pour se rendre
dans tout l'organisme.
Le volume de sang qui passe par la circulation pulmonaire (=Vp) est égal au volume de sang
passant par la circulation générale (=Vg) Donc Vp=Vg.
Mais étant donné que le circuit du sang dans la circulation générale est beaucoup plus long
et ramifié (comme dans un circuit en dérivation) la vitesse du sang dans la circulation
pulmonaire sera plus rapide que dans la circulation générale.
d- Distribution du sang dans les organes :
Fiche sport-4
Au cours d’un effort le débit cardiaque augmente par
augmentation de la fréquence cardiaque et du volume
d’éjection systolique.
Mais le débit n’est pas le même selon les organes.
Certains organes comme les muscles et la peau nécessitent
plus d’apports donc un débit sanguin important pendant un
effort.
D’autres comme les reins ou les intestins peuvent
temporairement être moins irrigués.
Le cerveau lui nécessite des apports constants quelque soit
l’activité.
Légendes = les flèches de couleurs indiquent la nature des débits
sanguins traversant les organes au cours d’un effort :
 Flèches bleues pour les débits constants.
 Flèches rouges pour les débits croissants.
 Flèches vertes pour les débits décroissants.
e- Mécanismes de la variation de débit sanguin :
Les variations de débit sanguins dans les organes sont réalisées par deux mécanismes =
La variation du diamètre des artères apportant le sang aux organes. La contraction
des muscles de la paroi des artères provoque la diminution du diamètre de l’artère et
donc la baisse du débit.
Adventice
Média (cellules musculaires)
Intima
Lumière de l’artère (passage
du sang)
Etat 1 = contracté
Etat 2 = relâché
La variation de
l’irrigation capillaire
est modulée par la
contraction de
sphincters capillaires
empêchant le sang de
passer dans certaines
parties du réseau
capillaire, diminuant
ainsi le débit sanguin
dans l’organe.
Dans les deux cas on notera que l’état relâché du système correspond à un débit maximal
Schéma bilan des adaptations de l’organisme à l’effort.
Inspiration
Débit Ventilatoire
Débit cardiaque
Augmentation du débit
Air appauvri en O2
Augmentation du débit
Air avec O2
Baisse du débit
Veines pulmonaires
Expiration
Artères pulmonaires
Augmentation
Veine cave inférieure
Diminution
II. Contrôle des activités cardiaque et ventilatoire :
Fiche sport-5
1°) L’automatisme cardiaque :
Le cœur se contracte automatiquement de façon rythmique en dehors de toute stimulation
extérieure. Ces contractions sont provoquées par des cellules formant un tissu nodal (nœud) situé
dans le muscle des oreillettes et des ventricules. Le rythme cardiaque dans ce cas est d’environ 100
battements minute.
2°) Contrôle nerveux du coeur :
Des voies nerveuses partant du bulbe rachidien règlent la fréquence et l’amplitude des contractions
cardiaques :
Un centre cardio-modérateur provoque par l’intermédiaire du nerf parasympathique la
diminution de l’activité cardiaque.
Un centre cardio-accélérateur provoque par l’intermédiaire du nerf sympathique
l’augmentation de l’activité cardiaque.
Le cerveau agit directement sur les centres du bulbe et peut donc modifier l’activité cardiaque
(souvent en relation avec l’émotionnel …)
Schéma bilan du contrôle nerveux de l’activité du cœur.
3°) Contrôle de l’activité des muscles ventilatoires :
Fiche sport-6
Un automatisme ventilatoire existe. Il est provoqué par l’activité d’un centre nerveux
respiratoire situé dans le bulbe rachidien. Seule l’inspiration est provoquée par une activité
musculaire, elle est le résultat de la contraction des muscles intercostaux et du diaphragme
(=muscle splénique).
Le message provenant du bulbe sera transmis par la moëlle épinière puis par les nerfs
intercostaux et par le nerf splénique.
Le cerveau peut, soit volontairement soit inconsciemment, modifier dans une certaine mesure
l’activité des muscles ventilatoires.
Schéma bilan du contrôle nerveux lors d’une modification d’activité
L’adaptation à l’effort résulte donc de la mise en jeu de nombreux systèmes de régulation
permettant un fonctionnement harmonieux de l’ensemble des organes en toute circonstance
qu’on appelle l’homéostasie.