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CHAPITRE I – LA MODIFICATION DES PARAMÈTRES PHYSIOLOGIQUES À L'EFFORT.............................................................................2
1 - La modification de la ventilation pulmonaire.........................................................................................................2
2 - Les modifications de la consommation de dioxygene lors d'un effort....................................................................3
3 - Les variations de la pression artérielle..................................................................................................................4
4 – Les modifications des paramètres physiologiques cardiaques lors d'un exercice.................................................5
5- Les modifications des paramètres physiologiques dans les muscles.......................................................................7
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C HAPITRE I – L A
MODIFICATION DES PARAMÈTRES PHYSIOLOGIQUES À
L ' EFFORT
1 - LA MODIFICATION DE LA VENTILATION PULMONAIRE
Problème : Comment mesurer les variations de la ventilation pulmonaire lors d'un effort ?
TP 1 – Mesure assistée par ordinateur des variations de la ventilation pulmonaire
Les paramètres de la physiologie pulmonaire sont enregistrés à l'aide d'un spiromètre (appareil permettant de
mesurer les volumes d'air ventilé par l'organisme) raccordé à un ordinateur.
Définitions :
•
Débit Ventilatoire (DV) : Volume d’air ventilé par les poumons en 1 minute : DV = FV * VC. Cette
valeur est mesurée par le spiromètre. Ex : 7 litre/minute au repos dans la mesure enregistrée sur le graphique
ci-dessous.
•
La fréquence ventilatoire (FV) représente le nombre de ventilation (expiration/inspiration) moyen par
minute. Au repos FV = 10 ventilations/minute. Pour déterminer la FV, il suffit de compter le nombre de pics
présents sur la graphique pendant 60 sec (soit 1 min) : Ex 14 pics au repos sur le graphique ci-dessous, donc
FV = 14 ventilations/min.
•
Le volume courant (VC) représente le volume d’air expiré par les poumons lors d'une seule ventilation
(c'est à dire lors d'une expiration). Pour calculer VC, il suffit de connaître FV et DV, en effet VC = DV/FC.
Ex : A partir des données prises sur le graphique ci-dessous, on obtient au repos : VC = 7 (litre/min) / 14
(ventilation/min) = 0,5 litre/ventilation (soit 500 mL).
Graphique représentant les varitions de la ventilation pulmonaire
au repos, à l'exercice (flexions régulières) et à la récupération
Bilan : Lors d’un effort, la ventilation pulmonaire s’adapte en augmentant le volume d’air ventilé par les poumons. Ce
volume d’air appelé, débit ventilatoire passe de 5 L/minute (repos) à 30 L/minute (effort). L’augmentation du débit
ventilatoire est causé par deux phénomènes synchrones : l’augmentation de la fréquence ventilatoire et
l’augmentation du volume courant.
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2 - LES MODIFICATIONS DE LA CONSOMMATION DE DIOXYGENE LORS D'UN EFFORT
Problème : Comment évolue la consommation de dioxygène au cours d'un exercice physique ?
TP 2 – Mesure par ordinateur de la consommation d’O2 par l’organisme.
Définition : On note
VO2 (Volume de
dioxygène) le volume
de dioxygène
consommé par
l'organisme au cours
d'une minute.
Exemple de Calcul de
l'énergie dépensée lors
au repos et à l'effort :
- 1 litre d'O2 consommé permet au corps de produire 5 Kcal (prononcer Kilo Calories / 1 Kcal = 1000 cal) d'énergie
- 100 g de Nutella représente une réserve d'énergie de 1215 Kcal
- 1 cuillière de Nutella comprend 15g de Nutella
Combien de temps de flexion doit on pratiquer pour consommer l'énergie d'une cuillière de Nutella ?
Exemple :
- Si 1 minute de flexion entraine une consommation de 7,8 L d'O2 (Calculé à partir des données récoltées par ordinateur) - Attention
cette valeur mesurée par la sonde à oxygène est surestimée par rapport à la réalité.
- 1 minute de flexions consomme donc Eoxygène = 7,8 * 5 = 39 Kcal
- 1 cuillière de nutella apporte Enutella = (1215*15)/100 = 182,5 Kcal
- Temps de flexions nécessaire pour consommer l'énergie du Nutella Teffort = 182,5/39 = 4,7 minutes
Bilan: La consommation en dioxygène (VO2) représente le volume d’O2 utilisé par le corps en une minute. Au repos
VO2 = 0,3 l/min environ, à l’effort VO2 peut facilement doubler et atteindre 0,75 l/min.
L'utilisation de l'oxygène permet au corps de produire de l'énergie d'après la relation suivante : 1 L d'O2
consommé est corrélé à la production de 5 Kcal d'énergie.
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3 - LES VARIATIONS DE LA PRESSION ARTÉRIELLE
TP 4' – Mesure de la pression artérielle (Sphygmomanomètre + Sthétoscope)
Définition : Un sphygmomanomètre placé au niveau de l'artère brachiale permet d'enregistrer la pression sanguine au
niveau de cette artère à l'aide d'un Sthétoscope (en écoutant les bruits produits par le sang coulant dans les artères). La
mesure se fait au repos. La sphygmomanomètre donne la pression en mm de Hg (mm de Mercure). celle-ci est
exprimée en cm de mercure par les médecins.
Valeurs moyennes des pressions artérielles enregistrées au sphygmomanomètre
Pression maximum. ou pression systolique
Pression minimale ou pression diastolique
120 mm de Hg
80 mm de Hg
Remarque : En médecine, on exprime cette
pression artérielle (ou tension artérielle) par ces
deux valeurs réunies exprimée en cm de Hg :
12/8 (sous entendu 120 mm de Hg pour la
pression max. et 80 mm de Hg pour la pression
mini.)
Analyse : On remarque qu'au repos la pression
artérielle varie constamment dans le sang de
façon répétitive.
Chaque cycle dure environ 1,5 secondes et est
marqué par une pression maximale (120 mm de
Hg) et une pression minimale (80 mm de Hg)
Analyse : On observe une augmentation de la
pression artérielle au cours d'un exercice de
course à pieds, la pression systolique s'élève
de 120 mmde Hg à 210 mm de Hg lorsque
l'on passe de la marche (2 km/h) à la course
d'endurance (11 km/h).
Bilan : La pression artérielle est un paramètre physiologique caractérisé par deux grandeurs :
- la pression systolique notée PS
- la pression diastolique notée PD
Deux paramètres physiologiques sont calculés à partir de PS et PD :
- Pression différencelle = PS - PD
- Pression Artérielle Moyenne (PAM) = PD + 1/3 * Pression différencielle
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4 – LES MODIFICATIONS DES PARAMÈTRES PHYSIOLOGIQUES CARDIAQUES LORS D'UN EXERCICE
TP 4 – Anatomie du coeur : Dissection du coeur de poulet
Anatomie du coeur
Le coeur est un organe creux. Il présente deux
cavités totalement séparées par une cloison
interventriculaire. Chaque cavité est formé d'une
oreillette et d'un ventricule séparée par une valve
ou valvule auriculo-ventriculaire (mitrale ou
tricuspide).
Les veines et les artères se raccordent au coeur
comme indiqué sur le schéma.
Fréquence Cardiaque (FC): Fréquence des
contractions du myocarde par minute (en bpm).
Les variations du volume ventriculaire dans le coeur :
Le volume contenu dans le coeur varie de façon cyclique, passant d'une valeur maximale (Volume Diastolique) à une
valeur minimale (Volume Systolique).
Ce graphique illustre les deux phases principales de l'activité cardiaque :
- La période de contraction des ventricules et l'ejection du sang en dehors du coeur (dans les artères) :la Systole
- La période de relaĉhement et de remplissage du coeur (par les veines) : la Diastole.
- La diastole est plus longue que la systole
- Le volume de sang éjecté à la fin de la systole est appelé VES (Volume d'éjection Systolique)
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Question : Le VES augmente t'il avec l'effort ?
Analyse : Le graphique ci-contre montre que la
fréquence cardiaque augmente au cours d'un
exercice physique.
Par contre le VES augmente de façon régulière
au cours de l'effort uniquement chez le sportif
de haut niveau (Athlète) (le VES passe alors de
90 ml à 190 ml pour une FC s'élevant de 65 à
170 bpm).
Ches les sujets entraînés ou non entraînés, le
VES n'augmente pas de façon régulière, mais
seulement lorsque la FC augmente légèrement.
Au dela de 105 bpm, le VES n'augmente pas, il
a tendance à stagner et même diminuer.
On peut calculer le Débit Cardiaque (DC) en
fonction de la Fréquence cardiaque (FC) et le
VES.
DC = FC*VC
Bilan : L'activité cardiaque augmente lors d'un effort, notamment la fréquence cardiaque et le débit cardiaque.
Cependant certains paramètres comme le VES n'augmentent de façon régulière que chez certaines personnes (Athlètes
et sportifs de haut niveau).
Schéma de la circulation sanguine :
On distingue :
la circulation pulmonaire
et
la circulation systémique.
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5- LES MODIFICATIONS DES PARAMÈTRES PHYSIOLOGIQUES DANS LES MUSCLES
TP - Observation microscopique de muscle squelettique
Observation : Au microscope on remarque que les muscles sont un assemblage de long
filament présentant des stries perpendiculairement à leur longueur.
Chaque filament (qui peut mesurer plusieurs centimètres) est une cellule musculaire
appelée fibre musculaire. L'espace entre les stries est appelé sarcomère.
Doc1. Le document ci-contre montre la tension exercée par un
muscle (la tension mesure la force produite par le muscle).
Information : Tous les sarcomères d'une fibre cellulaire modifient
leur longueur de façon simultanée. Au repos les sarcomères ont une
longueur de 3,5 micromètres.
Analyse :
- Observation : On remarque que lorsque le sarcomère
rétrécie de 3,5 µm à 2 µm la tension du muscle augmente de
0 % à 100 %.
- Interprétation : Comme l'ensemble des sarcomères se
raccourcissent simultanément on peut supposer que la
contraction du muscle est associée à un raccourcissement de
la fibre musculaire causée par le raccourcissement des
sarcomères.
Bilan : La contraction des muscles (raccourcissement) entraîne le mouvement du squelette par le biais des tendons.
Les muscles sont formés d'un ensemble de cellules musculaires. Ces cellules sont appelées fibres musculaires. Elles
sont constituées de stries (d'où l'appellation fibres musculaires striées ). L'espace entre deux stries forme une structure
coulissante appelée sarcomère.
Le raccourcissement de tous les sarcomères de façon simultanée est à l'origine du raccourcissement de la fibre
musculaire et donc du muscle dans son ensemble.
Doc 2
Les physiologistes du sport ont cherché à connaître l'origine du
sentiment de fatigue très fort, ressenti lors d'un effort d'endurance.
Ce sentiment de lassitude, appelé par les marathonien, « le mur
des 30 km », est ressenti entre 29 et 35 km de course (entre 1h30 et
2h de course).
En laboratoire, des sportifs ont effectué un exercice de course (à
vitesse constante) sur tapis roulant en respectant une
consommation d'O2 de l'ordre de 70% du VO2max.
En parrallèle, des biopsies ont permis de mesurer la quantité de
glycogène dans le triceps sural (muscle du molet, formé de trois
masses musculaires, dont l'une est appelée Jumeaux), ainsi que
l'évolution du sentiment, subjectif, de fatigue. Les données sont
représentées dans les graphiques ci-contre.
Remarque : Le glycogène est un molécule stockée dans les cellules
musculaires et issue de la transformation des nutriments. Plusieurs
jours sont nécéssaires pour refrabriquer les stocks de glycogène
musculaire après l'effort.
- Observation : On remarque que le glycogène musculaire diminue rapidement de 160 mmol/kg à 20 mmol/kg après 3h de course.
Le muscle a perdu presque tout le glycogène. En parallèle, on observe une augmentation de la fatigue ressentie par le marathonien de
façon importante à partir 2h de course pour finir par un épuisement après 3 de course.
- Interprétation : L »épuisement ressenti semble en relation directe avec le stock de glycogène musculaire. Lorsque celui-ci passe
sous les 40 mmol/kg la fatigue augmente très rapidement.
Bilan :
La contraction musculaire est associée à une modification du stock de glycogène musculaire.
L'oxygène consommé par l'organisme permet au cellules musculaires de transformer le glycogène en énergie afin de
provoque le raccourcissement des sarcomères.
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