chapitre 1 : l`activite physique modifie le

Partie 1 : « L’organisme en fonctionnement » - cours - seconde - année 2004/2005 - F.S
CHAPITRE 1 : L’ACTIVITE PHYSIQUE MODIFIE LE
FONCTIONNEMENT DE L’ORGANISME
I.
L’effort physique s’accompagne de variations des activités cardiaques et
respiratoires
A) Les variations de l’activité respiratoire ( voir TP1 Activité 1 )
La fréquence respiratoire (nombre de cycles respiratoires - une inspiration
et une expiration - réalisés en une minute) et les volumes d’air inspiré et expiré
augmentent lors d’un effort physique. Le débit ventilatoire correspond au produit
de la fréquence respiratoire et du volume d’air inspiré ou expiré :
Débit ventilatoire = Fréquence respiratoire * Volume d’air inspiré ou expiré
Ou amplitude d’un cycle
( L/min )
( cycles/min )
( L/cycles )
Il représente le volume d’air échangé entre les poumons et le milieu extérieur
(volume d’air inspiré ou volume d’air expiré en une minute ).
L’augmentation de la fréquence respiratoire et des volumes d’air inspiré et
expiré s’accompagne donc d’une augmentation du débit ventilatoire.
L’obtention d’un spirogramme par Exao (Expérimentation assistée par
ordinateur) permet de déterminer graphiquement la fréquence respiratoire et
l’amplitude d’un cycle (ou volume courant ).
B) Les variations de l’activité cardiaque ( voir TP1 Activité 2 )
La fréquence cardiaque correspond au nombre de battements du cœur par
minute (batt/min).
Elle rend compte de l’activité cardiaque.
Au repos, elle est égale en moyenne à 70 batt/min. Au cours d’un effort
physique, on observe une augmentation de la fréquence cardiaque, qui dépend de
l’intensité de l’effort.
Conclusion :
 Au cours d’un effort physique, on observe une augmentation des activités
cardiaque et respiratoire, que l’on peut mesurer précisément, grâce à des paramètres
tels que la fréquence cardiaque et le débit ventilatoire. Ces paramètres augmentent
avec l’intensité de l’effort, jusqu’à atteindre une valeur maximale.
Partie 1 : « L’organisme en fonctionnement » - cours - seconde - année 2004/2005 - F.S
 Après un effort physique la fréquence cardiaque et le débit ventilatoire
retrouvent progressivement leur valeur de repos, durant la phase dite de
récupération.
II.
L’effort physique s’accompagne d’une variation de la consommation de
dioxygène par l’organisme.
A) La consommation d’O2 par l’organisme ( voir TP2 Activité 1 )
Au repos, on observe une consommation constante d’O2 par l’organisme
(exprimée en L/min). Durant un effort physique, cette consommation augmente, ce
qui traduit des besoins accrus de l’organisme en O2.
La consommation d’O2 par l’organisme augmente avec l’intensité de l’effort,
jusqu’à atteindre une valeur maximale, appelée VO2 max.
B) La consommation de glucose par les cellules musculaires ( voir
TP2 Activité 2 )
Comme toute cellule, les cellules musculaires ont besoin d’énergie pour
fonctionner. Lors d’un effort physique, le muscle a besoin de plus d’énergie. Ceci
nécessite un apport supplémentaire en O2 et en nutriments. Le muscle prélève le
glucose dans la circulation sanguine et dans ses propres réserves stockées sous
forme de glycogène.
Conclusion :
 L’augmentation du débit ventilatoire et de la fréquence cardiaque facilitent
l’apport d’O2 au muscle.
 L’augmentation du débit ventilatoire permet une entrée suffisante d’O2 dans
l’organisme.
 L’augmentation de la fréquence cardiaque permet de transporter plus
efficacement le sang contenant l’O2 vers les muscles.
Partie 1 : « L’organisme en fonctionnement » - cours - seconde - année 2004/2005 - F.S
CHAPITRE 2 : L’ACTIVITE CARDIO – RESPIRATOIRE ET
L’OXYGENATION DES MUSCLES
I.
L’organisation du cœur impose le trajet du sang (voir TP n°3)
A) La compartimentation du cœur
Le cœur est constitué d’une partie droite et d’une partie gauche, totalement
séparées par une cloison. Chaque partie est formée de deux cavités : oreillette et
ventricule. Oreillette et ventricule communiquent entre eux.
Les veines conduisent le sang des organes au cœur ; elles communiquent
avec les oreillettes. Les artères conduisent le sang du cœur aux organes ; elles
communiquent avec les ventricules.
B) Les valvules cardiaques
Les valvules sont des membranes passives, qui s’ouvrent et se ferment selon
la pression exercée par le sang. Leur orientation impose le sens de passage du sang.
Les valvules auriculo – ventriculaires séparent l’oreillette du ventricule. Elles
laissent passer le sang de l’oreillette vers le ventricule, et empêchent son reflux du
ventricule vers l’oreillette.
Les valvules artérielles séparent l’artère du ventricule. Elles laissent passer le
sang du ventricule vers l’artère, et empêchent le reflux de l’artère vers le ventricule.
Conclusion :
 La présence de valvules impose au sang une circulation à sens unique.
 L’organisation du cœur en une partie droite et une partie gauche impose
une double circulation du sang dans l’organisme :
le sang éjecté par le ventricule droit passe par les poumons puis revient à
l’oreillette gauche : c’est la circulation pulmonaire ;
le sang éjecté par le ventricule gauche irrigue les organes et revient à
l’oreillette droite ; c’est la circulation générale.
II.
La circulation pulmonaire et la circulation générale sont branchées en série
A) Le cycle cardiaque
En diastole générale, le sang entre dans le cœur relâché.
Lors de la systole auriculaire, les oreillettes se contractent, ce qui finit de
remplir les ventricules.
Partie 1 : « L’organisme en fonctionnement » - cours - seconde - année 2004/2005 - F.S
-
Lors de la systole ventriculaire, le sang est propulsé dans les artères :
la partie droite du cœur alimente la circulation pulmonaire où le sang
se charge en O2 ;
la partie gauche du cœur alimente la circulation générale où le sang
fournit de l’O2 aux organes ;
le volume de sang éjecté par chaque ventricule lors de la systole
ventriculaire est le volume d’éjection systolique.
B) Le débit cardiaque
Le débit cardiaque est le volume de sang éjecté par chaque ventricule en
une minute. Il s’exprime en Litres/minute.
Il est lié à la fréquence cardiaque et au volume d’éjection systolique par la
formule suivante :
Débit cardiaque = Volume d’éjection systolique (ou VES) * fréquence cardiaque

(L/min)

(L/battement)

(battements/min)
Le débit cardiaque est le même dans les deux circulations. Cette condition
est nécessaire pour que la circulation en série fonctionne.
Le débit cardiaque augmente au cours d’un effort physique.
Conclusion :
 La circulation pulmonaire et la circulation générale sont en série. Cela
permet au sang, enrichi en O2 au niveau des poumons, d’être distribué jusqu’aux
organes (muscles…) et d’y céder l’O2.
I I I.
L’effort physique s’accompagne d’une nouvelle distribution des débits
sanguins dans les organes.
A) La répartition du débit cardiaque dans les organes au repos et à
l’effort
-
Les organes de la circulation générale sont disposés en parallèle :
le sang oxygéné se partage à chaque ramification de l’aorte vers les
différents organes ; ces organes reçoivent un sang qui a la même
concentration en O2 ;
Partie 1 : « L’organisme en fonctionnement » - cours - seconde - année 2004/2005 - F.S
-
-
la somme des débits sanguins qui traversent les organes est égale au débit
cardiaque.
Au cours d’un effort physique, l débit cardiaque augmente. Cela ne se traduit
pas par une augmentation du débit sanguin dans tous les organes :
le débit sanguin augmente dans les organes impliqués dans l’effort ;
le débit sanguin diminue dans les autres organes, sauf dans le cerveau où
il reste stable.
B) Le rôle des artérioles et des capillaires
Le débit sanguin dans un organe est réglé par l’ouverture des artérioles et
des capillaires.
La paroi des artérioles contient des fibres musculaires lisses. Leur degré de
contraction détermine le diamètre du vaisseau : c’est la vasomotricité.
Une diminution du diamètre, ou vasoconstriction, diminue le débit sanguin.
Une augmentation du diamètre, ou vasodilatation, augmente le débit
sanguin.
Des fibres musculaires constituent des sphincters au départ de certains
capillaires :
leur contraction diminue le nombre de capillaires ouverts et donc le débit
sanguin local ;
leur relâchement augmente le nombre de capillaires ouverts et donc le
débit sanguin local.
Conclusion :
 La circulation générale distribue le sang oxygéné aux cellules des organes
disposés en parallèle. L’augmentation du débit cardiaque s’accompagne d’une
redistribution du sang dans les organes. La vasomotricité des artérioles et le nombre
de capillaires ouverts modulent le débit sanguin des organes en fonction de leurs
besoins. Ainsi, lors d’un effort physique, le débit sanguin des muscles en activité est
fortement augmenté.
IV.
Les modifications des débits sanguins et du débit ventilatoire permettent
d’apporter d’avantage d’O2 aux muscles en activité
A) La prise en charge et la libération d’O2 par le sang
Le sang veineux de la circulation générale est appauvri en O2. Au niveau des
poumons il se sature en O2.
Lors d’un effort, les muscles en activité prélèvent d’avantage d’O2 dans un
même volume de sang. Le sang veineux est ainsi plus appauvri en O2 qu’au repos.
Cela implique une prise en charge plus importante d’O2 au niveau des poumons.
Partie 1 : « L’organisme en fonctionnement » - cours - seconde - année 2004/2005 - F.S
B) L’approvisionnement en O2 des muscles en activité
Le volume d’O2 consommé par l’organisme est donné par la relation :
VO2

=
(CaO2 – CvO2)

*
DC

(mL/min)
(mL/L de sang)
(L/min)
Avec CaO2 : Concentration en O2 dans le sang Artériel
CvO2 : Concentration en O2 dans le sang Veineux
DC : Débit Cardiaque
Lors d’un effort, l’augmentation du débit cardiaque et l’orientation
préférentielle du sang vers les muscles permettent d’accroître l’apport d’O2 aux
muscles en activité.
Le sang arrivant aux poumons avec un plus grand débit, se sature en O2 grâce
à l’augmentation du débit ventilatoire. Celle - ci permet le renouvellement de l’air
alvéolaire et le maintien de sa teneur en O2, suffisante pour assurer la saturation du
sang.
Conclusion :
 L’augmentation combinée du débit sanguin musculaire et du débit
ventilatoire permet d’apporter d’avantage d’O2 aux muscles en activité.
Partie 1 : « L’organisme en fonctionnement » - cours - seconde - année 2004/2005 - F.S
CHAPITRE 3 : INTEGRATION DES FONCTIONS DE L’ORGANISME
LORS D’UN EFFORT.
I.
Les origines du rythme cardiaque et du rythme respiratoire sont différentes
A) L’automatisme cardiaque (voir TP n°5)
 Le fonctionnement du cœur est automatique. Il peut s’effectuer en l’absence de
toute commande nerveuse.
Le cœur a une fréquence de contraction d’environ 100 battements par minute sans
contrôle nerveux.
 L’activité cardiaque est modulée par les nerfs issus de centres nerveux :
les nerfs sympathiques ont une fonction cardio – accélératrice. Ils
augmentent donc la fréquence cardiaque.
Les nerfs pneumogastriques ont une fonction cardio – modératrice. Ils
diminuent donc la fréquence cardiaque.
 Au repos, c’est l’activité des nerfs cardio – modérateurs qui est prépondérante.
La fréquence cardiaque passe ainsi de 100 à 70 battements par minute.
B) La commande nerveuse du rythme respiratoire (voir TD-TP n°6)
 La réalisation du rythme respiratoire nécessite une commande nerveuse des
muscles.
 Les nerfs sont issus du centre nerveux bulbaire (centre nerveux respiratoire). Ils
commandent la contraction des muscles respiratoires.
II.
Au cours d’un effort physique, les rythmes cardiaque et respiratoire sont
modulés par le système nerveux (voir TD – TP n°6).
A) Le contrôle nerveux du rythme cardiaque
 Au cours d’un effort physique, l’activité des nerfs cardio – modérateurs diminue et
l’activité des nerfs cardio – accélérateurs augmente.
B) Le contrôle nerveux du rythme respiratoire
 Au cours d’un effort physique, l’activité du centre nerveux respiratoire augmente.
Les messages nerveux sont plus fréquents et intenses. La fréquence de contractions des
muscles respiratoires augmente. L’amplitude de contraction et donc du volume d’air
inspiré augmente.
C) Le contrôle des centres bulbaires par le cortex cérébral
 Les rythmes cardiaques et respiratoires commencent à augmenter avant l’effort
physique, durant la phase de concentration et de motivation :
des régions du cortex cérébral envoient des messages aux centres nerveux
bulbaires cardiaque et respiratoire ;
des régions du cortex commandent en même temps la contraction volontaire
des muscles squelettiques.
Partie 1 : « L’organisme en fonctionnement » - cours - seconde - année 2004/2005 - F.S