Couplage entre activité cardio-ventilatoire et
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RR - 15/04/17 - 769776848 - 1/5 Première S Chapitre 3.2 3 semaines Couplage entre activité cardio-ventilatoire et apport de dioxygène aux muscles ► TP 1. Fonctionnement du cœur de mouton ► TP 1b. Relations anatomiques entre cœur et poumons FACULTATIF I. Le cycle cardiaque entretient une double circulation A. La systole auriculaire permet le remplissage des deux ventricules B. La systole ventriculaire envoie le sang dans deux systèmes artériels distincts C. La diastole générale permet le remplissage passif des deux oreillettes ► TP 2. Mise à disposition du dioxygène au muscles II. L’organisation de l’appareil circulatoire optimise la distribution du dioxygène aux muscles A. Les circulations pulmonaire et générale sont disposées en série B. Dans la circulation générale les organes sont branchés en dérivation III. Ventilation pulmonaire et circulation sanguine sont liées A. L’augmentation de l’une n’aurait aucune conséquence sans augmentation de l’autre B. Le débit cardiaque est le principal facteur limitant le VO2max OBJECTIF Pendant un effort physique : - les muscles consomment davantage de dioxygène ; - l’accélération des rythmes cardiaque et ventilatoire permet d’augmenter la quantité de dioxygène qui entre et circule dans l’organisme. On cherche à préciser comment l’organisation et le fonctionnement de l’appareil circulatoire favorise la distribution du dioxygène aux muscles. ► FIGURE 1. Organisation cœur de mammifère RR - Voir Hatier p. 104 et 112. ► FIGURE 1b. Organisation cœur de mouton dans Nathan p. 21. Le cœur est un muscle creux appelé myocarde. Il est formé de quatre cavités : - deux oreillettes à parois fines ; RR - 15/04/17 - 769776848 - 2/5 - deux ventricules à paroi musculaire épaisse. L’oreillette droite communique avec le ventricule droit et l’oreillette gauche communique avec le ventricule gauche. Le cœur droit ne communique pas avec le cœur gauche. Une veine amène le sang des organes au cœur, une artère conduit le sang du cœur aux organes. ► TP 1. Fonctionnement du cœur de mouton ► TP 1b. Relations anatomiques entre cœur et poumons FACULTATIF ► COMPLEMENT. Le cœur et ses Explications I. Le cycle cardiaque entretient une double circulation On appelle cycle cardiaque (= révolution cardiaque) la succession d’une systole auriculaire, d’une systole ventriculaire et d’une diastole générale. ► FIGURE 2. Étapes de la révolution cardiaque A. La systole auriculaire permet le remplissage des deux ventricules La contraction synchrone des deux oreillettes provoque une augmentation de la pression intra auriculaire. Le sang est expulsé simultanément de chacune des deux oreillettes vers chacun des deux ventricules. ► FIGURE 3. Organisation de l’appareil circulatoire dans Hatier p.110. B. La systole ventriculaire envoie le sang dans deux systèmes artériels distincts Elle suit immédiatement la systole auriculaire. Elle correspond à la contraction synchrone des deux ventricules, ce qui provoque une augmentation de la pression intra ventriculaire, il en résulte : 1. la fermeture des valvules auriculo-ventriculaires qui entraîne le premier bruit cardiaque « TOUM » (bruit sourd) ; 2. l’ouverture des valvules artérielles (= auriculo-artérielles = sigmoïdes) par le sang qui ne peut pas refluer vers les oreillettes : - le ventricule droit expulse le sang dans les artères pulmonaires qui amènent le sang aux poumons, c’est la circulation pulmonaire. Le cœur droit entretient la circulation pulmonaire ; - le ventricule gauche expulse le sang dans l’aorte qui distribue le sang vers tous les organes autres que les poumons, c’est la circulation générale. Le cœur gauche entretient la circulation générale. Parmi les organes irrigués par la circulation générale se trouve le cœur lui même, par l’intermédiaire des artères coronaires. Le sens de la circulation sanguine est imposé par le fonctionnement des valvules. RR - 15/04/17 - 769776848 - 3/5 C. La diastole générale permet le remplissage passif des deux oreillettes Elle correspond à une phase de repos qui entraîne un relâchement du muscle cardiaque (augmentation de volume) et donc un reflux du sang vers le cœur. Ce reflux provoque la fermeture des valvules artérielles : deuxième bruit cardiaque « TA » (bruit sec) ce qui empêche le reflux du sang artériel. Seul le sang veineux peut refluer vers le cœur : - la veine cave ramène le sang de la circulation générale vers l’oreillette droite ; - les veines pulmonaires ramènent le sang de la circulation pulmonaire vers l’oreillette gauche. - La systole auriculaire dure 0,1 s. - La systole ventriculaire dure 0,3 s. - La diastole générale dure 0,4 s. ► TP 2. Mise à disposition du dioxygène au muscles Possibilité de placer ce TP en début ou en fin de II. II. L’organisation de l’appareil circulatoire optimise la distribution du dioxygène aux muscles ► FIGURE 4. Organisation de l’appareil circulatoire Étape 1 : circulation pulmonaire - cœur - branchement en série. A. Les circulations pulmonaire et générale sont disposées en série Le fonctionnement des valvules empêche le sang de retourner dans les vaisseaux qu’il vient d’emprunter. Le sang circule donc à sens unique dans une marche en avant permanente (à aucun moment il ne reflue en arrière). Tout le sang passe alternativement de la circulation générale à la circulation pulmonaire. Cela a deux conséquences : - le volume de sang qui a traversé les organes est obligatoirement orienté vers les poumons où il s’enrichit en dioxygène. Inversement, le volume de sang qui a traversé les poumons passe ensuite obligatoirement par les organes où il met le dioxygène à disposition des cellules ; - le débit sanguin du cœur droit est identique au débit sanguin du cœur gauche. B. Dans la circulation générale les organes sont branchés en dérivation Le branchement en dérivation permet à chaque organe d’être directement alimenté par du sang saturé en dioxygène (il provient directement du ventricule gauche). La vasoconstriction (= diminution du diamètre d’une artériole) réduit le débit sanguin de l’organe situé en aval. Inversement la vasodilatation (= augmentation du diamètre d’une artériole) permet d’augmenter ce débit sanguin. RR - 15/04/17 - 769776848 - 4/5 Associée à la disposition en parallèle des organes, la vasomotricité (= vasoconstriction + vasodilatation) permet d’adapter le débit sanguin dans les muscles en fonction de leurs besoins. ► FIGURE 4. Organisation de l’appareil circulatoire Étape 2 : organes branchés en parallèle - vasomotricité. III. Ventilation pulmonaire et circulation sanguine sont liées ► FIGURE 5. Quantité de dioxygène contenue dans le sang en fonction de l’intensité de l’effort dans Hatier p 121 A. L’augmentation de l’une n’aurait aucune conséquence sans augmentation de l’autre Au cours d’un effort physique, la quantité de dioxygène prélevée par les muscles augmente. Mais, au repos comme en activité, le sang est saturé en oxygène. Il ne constitue pas une réelle réserve de dioxygène. L’augmentation du débit cardiaque permet de transporter une plus grande quantité de sang saturé en dioxygène vers les organes. L’augmentation du débit ventilatoire permet de maintenir constante la PO2 air alvéolaire donc de saturer une plus grande quantité de sang en O2. ► FIGURE 6. Variations de FC, VES, DC en fonction de la puissance de l’exercice dans TP2 doc. 2 et Hatier p 110 fig. 10. B. Le débit cardiaque est le principal facteur limitant le VO2max Le débit cardiaque est fonction du rythme et du volume cardiaques Débit cardiaque = Volume d’éjection systolique X Fréquence cardiaque (L . min-1) (L) (battements . min-1) Le volume d’éjection systolique est fonction à la fois du volume cardiaque et de la qualité du remplissage diastolique. Le débit cardiaque est d’environ 5 L . min-1 au repos. Selon le niveau d’entraînement il peut être multiplié de 3 à 7 fois pendant l’effort. Le volume cardiaque varie selon les individus et peut être augmenté par un entraînement adapté. Au cours de l’effort physique on observe une augmentation du volume d’éjection systolique. Cependant, au delà d’une certaine fréquence cardiaque le cœur n’a pas le temps de se remplir correctement pendant la diastole. Il en résulte qu’une nouvelle augmentation de la fréquence cardiaque au delà de cette valeur se traduit par une diminution du volume d’éjection systolique et qui entraîne une diminution du débit cardiaque et donc une diminution de la quantité de dioxygène mise à la disposition des organes. Le VO2max dépend aussi de la quantité de dioxygène que peut contenir le volume sanguin. Celle-ci est fonction de la quantité d’hémoglobine, qui est un paramètre constant pour chaque individu. RR - 15/04/17 - 769776848 - 5/5 En fait, certaines méthodes d’entraînement ou de dopage ont pour effet d’augmenter la quantité d’hémoglobine présente dans le sang, par exemple en augmentant le nombre de globules rouges (séjour en altitude, EPO). L’affinité de l’hémoglobine pour le dioxygène est telle que le sang est systématiquement saturé en dioxygène lors de son passage dans les poumons 200 mL de O2 par L de sang). Ceci quelle que soit la quantité. Le rythme ventilatoire n’est donc pas un facteur limitant le VO2max. Concentration du sang veineux 150 mL de O2 par L de sang maximum. CONCLUSION Pendant un effort physique, l’augmentation de la fréquence ventilatoire entretient, dans les poumons, la saturation du sang en dioxygène, quelle que soit la consommation des muscles. Pendant un effort physique, l’augmentation du prélèvement de dioxygène dans le sang et l’augmentation de la fréquence cardiaque permet d’alimenter davantage et plus souvent les muscles en dioxygène. L’organisation et le fonctionnement de l’appareil circulatoire permettent enfin d’optimiser la circulation sanguine : - en permettant la distribution d’un sang saturé en dioxygène à n’importe quel organe (où qu’il se trouve) ; - en alimentant préférentiellement les organes qui ont le plus besoin de dioxygène (vasomotricité).
