Table des matières

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Table des matières
Sommaire ............................................................................................................................................................VII
Introduction à la physiologie du sport et de l’exercice ..........................................................................................1
1. L’objet de la physiologie du sport et de l’exercice ....................................................................................................3
2. Les réponses physiologiques aiguës et chroniques à l’exercice ...................................................................................4
3. Historique ............................................................................................................................................................4
3.1 Les débuts de l’anatomie et de la physiologie ..............................................................................................................4
3.2 Historique de la physiologie de l’exercice ....................................................................................................................6
3.3 Période d’échange scientifique et d’interaction .............................................................................................................6
3.4 Le Harvard Fatigue Laboratory ................................................................................................................................6
3.5 L’influence scandinave .........................................................................................................................................9
3.6 La physiologie du sport et de l’exercice physique contemporaine ...................................................................................... 11
4. La recherche : fondements de la compréhension ..................................................................................................12
4.1 Les lieux de recherche........................................................................................................................................13
4.2 Outils de recherche : les ergomètres .......................................................................................................................13
4.2.1 Les tapis roulants ........................................................................................................................................13
4.2.2 Les ergocycles ...........................................................................................................................................14
4.2.3 Les autres ergomètres ...................................................................................................................................14
4.3 Les types de recherche .......................................................................................................................................15
4.4 La rigueur scientifique ........................................................................................................................................16
4.5 Les facteurs à enregistrer .....................................................................................................................................18
4.6 Unités et symboles scientifiques .............................................................................................................................18
4.7 Lecture et interprétation des tableaux et figures ..........................................................................................................19
Conclusion ............................................................................................................................................................21
Mots-clés ...............................................................................................................................................................21
Questions ..............................................................................................................................................................21
Première partie L’exercice musculaire ....................................................................................................23
Chapitre 1 Structure et fonctionnement musculaire .............................................................................................25
1. Structure et fonction du muscle squelettique ..........................................................................................................26
1.1 Les fibres musculaires .........................................................................................................................................27
1.1.1 Le sarcolemme ..........................................................................................................................................27
1.1.2 Le sarcoplasme ..........................................................................................................................................27
1.2 Les myofibrilles ................................................................................................................................................28
1.2.1 Les sarcomères ..........................................................................................................................................28
1.2.2 Les filaments de myosine ................................................................................................................................29
1.2.3 Les filaments d’actine ....................................................................................................................................29
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Table des maTières
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1.3 Contraction de la fibre musculaire ..........................................................................................................................29
1.3.1 Le couplage excitation-contraction ......................................................................................................................30
1.3.2 Le rôle du calcium .......................................................................................................................................31
1.3.3 La théorie du filament glissant : Comment les muscles produisent du mouvement .....................................................................31
1.3.4 L’énergie de la contraction musculaire ...................................................................................................................32
1.3.5 Arrêt de la contraction musculaire .......................................................................................................................32
2. Le muscle squelettique et l’exercice .....................................................................................................................33
2.1 Fibres musculaires lentes et rapides .........................................................................................................................33
2.1.1 Caractéristiques des fibres ST et FT .......................................................................................................................34
2.1.2 Distribution des fibres musculaires .......................................................................................................................37
2.1.3 Type de fibres musculaires et exercice ...................................................................................................................37
2.1.4 Détermination du type de fibres .........................................................................................................................39
2.2 Recrutement des fibres musculaires ........................................................................................................................40
2.3 Type de fibres et performance ..............................................................................................................................41
2.4 Modalités de la contraction musculaire .....................................................................................................................41
2.4.1 Types de contraction musculaire .........................................................................................................................42
2.4.2 La production de force ..................................................................................................................................43
Conclusion ............................................................................................................................................................44
Mots-clés ...............................................................................................................................................................44
Questions ..............................................................................................................................................................45
Chapitre 2 Métabolisme et bioénergétique musculaire .....................................................................................47
1. Les substrats énergétiques ..................................................................................................................................48
1.1 Les glucides ...................................................................................................................................................49
1.2 Les lipides ......................................................................................................................................................49
1.3 Les protéines ...................................................................................................................................................49
2. Contrôle de la production énergétique .................................................................................................................50
3. Le stockage de l'énergie : les composés énergétiques riches en phosphates ............................................................51
4. Bioénergétique : production d'ATP par les voies métaboliques ..................................................................................... 52
4.1 Le système ATP-PCr ...........................................................................................................................................52
4.2 Le système glycolytique ............................................................................................................................................................53
4.3 Le système oxydatif ...........................................................................................................................................56
4.3.1 L’oxydation des glucides .................................................................................................................................56
4.3.2 L’oxydation des lipides ...................................................................................................................................59
4.3.3. L’oxydation des protéines ................................................................................................................................61
4.4 Résumé de la production d’ATP .............................................................................................................................61
5. Interaction des trois systèmes énergétiques ...........................................................................................................62
6. La capacité oxydative du muscle .........................................................................................................................62
6.1 L’activité enzymatique ........................................................................................................................................63
6.2 La structure du muscle et l’entraînement en endurance .................................................................................................63
6.3 Les besoins en oxygène ......................................................................................................................................63
Conclusion ............................................................................................................................................................63
Mots-clés ...............................................................................................................................................................64
Questions ..............................................................................................................................................................64
Chapitre 3 Le contrôle nerveux du mouvement ..................................................................................................65
1. Structure et fonction du système nerveux ..............................................................................................................66
1.1 Les neurones ..................................................................................................................................................66
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Table des maTières
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1.2 L’influx nerveux ................................................................................................................................................67
1.2.1 Le potentiel de repos membranaire .....................................................................................................................68
1.2.2 La dépolarisation et l’hyperpolarisation ..................................................................................................................68
1.2.3 Les potentiels gradués ...................................................................................................................................68
1.2.4 Les potentiels d’action ...................................................................................................................................69
1.2.5 Propagation du potentiel d’action .......................................................................................................................70
1.3 La synapse .....................................................................................................................................................70
1.4 La jonction neuromusculaire ................................................................................................................................71
1.5 Les neurotransmetteurs ......................................................................................................................................72
1.6 La réponse postsynaptique ..................................................................................................................................73
2. Le système nerveux central (SNC) ........................................................................................................................74
2.1 L’encéphale ....................................................................................................................................................74
2.1.1 Le cerveau ..............................................................................................................................................74
2.1.2 Le diencéphale ..........................................................................................................................................75
2.1.3 Le cervelet ...............................................................................................................................................75
2.1.4 Le tronc cérébral.........................................................................................................................................75
2.2 La moelle épinière ............................................................................................................................................76
3. Le système nerveux périphérique (SNP) ................................................................................................................76
3.1 Les voies sensitives ............................................................................................................................................76
3.2 Les voies motrices .............................................................................................................................................78
3.3 Le système nerveux autonome .............................................................................................................................78
3.3.1 Le système nerveux sympathique .......................................................................................................................78
3.3.2 Le système nerveux parasympathique ..................................................................................................................79
4. L’intégration sensori-motrice ................................................................................................................................80
4.1 L’information sensitive ........................................................................................................................................80
4.2 Le contrôle moteur ...........................................................................................................................................81
4.3 L’activité réflexe ...............................................................................................................................................82
4.3.1 Les fuseaux neuromusculaires ...........................................................................................................................82
4.3.2 Les organes tendineux de Golgi .........................................................................................................................83
5. Les programmes moteurs ....................................................................................................................................83
6. La réponse motrice ............................................................................................................................................83
Conclusion ............................................................................................................................................................84
Mots-clés ..............................................................................................................................................................84
Questions ..............................................................................................................................................................85
Chapitre 4 Régulation hormonale de l'exercice ..................................................................................................87
1. Le système endocrinien ......................................................................................................................................88
2. Les hormones ....................................................................................................................................................88
2.1. Classification chimique des hormones ......................................................................................................................89
2.2 Sécrétions hormonales et concentrations plasmatiques ..................................................................................................89
2.3. Les effets des différentes hormones.........................................................................................................................89
2.3.1 Les hormones stéroïdes ..................................................................................................................................90
2.3.2 Les hormones non stéroïdes .............................................................................................................................90
3. Les glandes endocrines et leurs hormones ............................................................................................................92
4. Régulation hormonale du métabolisme énergétique à l’exercice ...........................................................................92
4.1. Les glandes endocrines impliquées dans la régulation métabolique ...................................................................................92
4.1.1 L’hypophyse antérieure (antéhypophyse) ................................................................................................................92
4.1.2 La glande thyroïde ......................................................................................................................................95
4.1.3 Les glandes surrénales ...................................................................................................................................95
4.1.4 Le pancréas .............................................................................................................................................96
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Table des maTières
566
5. Régulation du métabolisme du glucose à l'exercice ..............................................................................................97
5.1. La concentration plasmatique de glucose .................................................................................................................97
5.2 Le prélèvement de glucose par les muscles ...............................................................................................................98
6. Régulation du métabolisme des lipides à l’exercice ...............................................................................................99
7. Régulation hormonale de l’équilibre hydro-électrolytique à l’exercice ...................................................................100
7.1. Les glandes endocrines impliquées dans la régulation de l'équilibre hydro-électrolytique à l'exercice ...........................................100
7.1.1 Le lobe postérieur de l'hypophyse ....................................................................................................................100
7.1.2 Le cortex surrénalien...................................................................................................................................100
7.2. Les reins comme organes endocrines ....................................................................................................................100
Conclusion ..........................................................................................................................................................104
Mots-clés .............................................................................................................................................................104
Questions ............................................................................................................................................................105
Chapitre 5 Dépense énergétique et fatigue ....................................................................................................107
1. Mesures de la dépense énergétique ..................................................................................................................108
1.1 La calorimétrie directe ......................................................................................................................................108
1.2 La calorimétrie indirecte ...................................................................................................................................108
1.2.1 Calcul de la consommation d’oxygène et de dioxyde de carbone ....................................................................................109
1.2.2 La transformation de Haldane ......................................................................................................................... 110
1.2.3 Le quotient respiratoire .................................................................................................................................111
1.2.4 Limites de la calorimétrie indirecte .................................................................................................................... 112
1.3 Les mesures isotopiques du métabolisme énergétique................................................................................................. 113
2. La dépense énergétique au repos et à l’exercice ................................................................................................ 114
2.1 Le métabolisme de base et le débit métabolique au repos ........................................................................................... 114
2.2 Le débit métabolique à l’exercice sous-maximal ........................................................................................................ 115
2.3 La consommation maximale d’oxygène ou capacité maximale lors de l’exercice aérobie ....................................................... 116
2.4 L’effort anaérobie et capacité maximale d’exercice ................................................................................................... 117
2.4.1 La consommation d’oxygène à l’arrêt de l’exercice .................................................................................................... 117
2.4.2 Les seuils lactiques ..................................................................................................................................... 119
2.5 L’économie de course .....................................................................................................................................120
2.6 Le coût énergétique des activités physiques ............................................................................................................. 121
3. La fatigue et ses causes ....................................................................................................................................122
3.1 Les systèmes énergétiques et la fatigue .......................................................................................................................................123
3.1.1 L’épuisement des stocks de phosphocréatine .......................................................................................................... 124
3.1.2 L’épuisement des stocks de glycogène ................................................................................................................ 124
3.1.3 Épuisement des stocks de glycogène et glucose sanguin ..............................................................................................125
3.1.4 Mécanismes de la fatigue associés à la déplétion en glycogène ......................................................................................126
3.2 Les sous-produits métaboliques et la fatigue .............................................................................................................126
3.2.1 Chaleur, température musculaire et fatigue ...........................................................................................................126
3.2.2 Acide lactique, protons et fatigue ......................................................................................................................126
3.3 La fatigue neuromusculaire ................................................................................................................................127
3.3.1 La transmission nerveuse ..............................................................................................................................127
3.3.2 Le système nerveux central ............................................................................................................................128
Conclusion ..........................................................................................................................................................128
Mots-clés .............................................................................................................................................................128
Questions ............................................................................................................................................................128
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Table des maTières
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Deuxième partie Fonctions cardiovasculaire et respiratoire ........................................................ 131
Chapitre 6 Le système cardiovasculaire et son contrôle ....................................................................................133
1. Le cœur ..........................................................................................................................................................134
1.1 La circulation du sang à l’intérieur du cœur .............................................................................................................134
1.2 Le myocarde ................................................................................................................................................ 135
1.3 Le système de conduction cardiaque ....................................................................................................................138
1.4 Contrôle extrinsèque de l’activité cardiaque .............................................................................................................139
1.5 L’électrocardiogramme (ECG)..............................................................................................................................140
1.6 Les troubles du rythme cardiaque ........................................................................................................................140
1.7 Terminologie ................................................................................................................................................142
1.7.1 Le cycle cardiaque ....................................................................................................................................142
1.7.2 Le volume d’éjection systolique .......................................................................................................................144
1.7.3 La fraction d’éjection ..................................................................................................................................144
1.7.4 Le débit cardiaque ....................................................................................................................................144
2. Le système vasculaire .......................................................................................................................................145
2.1 La pression artérielle ........................................................................................................................................145
2.2 Hémodynamique ..........................................................................................................................................146
2.3 La distribution du sang .....................................................................................................................................147
2.3.1 L’autorégulation .......................................................................................................................................148
2.3.2 Le contrôle nerveux extrinsèque .......................................................................................................................148
2.3.3 La redistribution du sang veineux .......................................................................................................................149
2.3.4 Régulation nerveuse de la pression artérielle ..........................................................................................................149
2.3.5 Le retour veineux ......................................................................................................................................150
3. Le sang ........................................................................................................................................................... 151
3.1 Volume et composition du sang .......................................................................................................................... 151
3.2 Les globules rouges ......................................................................................................................................... 151
3.3 La viscosité du sang .........................................................................................................................................152
Conclusion ..........................................................................................................................................................152
Mots-clés .............................................................................................................................................................152
Questions ............................................................................................................................................................153
Chapitre 7 Le système respiratoire et ses régulations ...................................................................................... 155
1. La ventilation pulmonaire .................................................................................................................................156
1.1 L’inspiration ..................................................................................................................................................157
1.2 L’expiration ...................................................................................................................................................158
2. Les volumes pulmonaires ..................................................................................................................................158
3. La diffusion alvéolo-capillaire ...................................................................................................................................158
3.1 Débit sanguin pulmonaire au repos ......................................................................................................................159
3.2 La barrière ou membrane alvéolo-capillaire ............................................................................................................160
3.3 Les pressions partielles des gaz ............................................................................................................................160
3.4 Les échanges alvéolo-capillaires en oxygène et en dioxyde de carbone ............................................................................ 161
3.4.1 Les échanges d’oxygène .............................................................................................................................. 161
3.4.2 Les échanges en dioxyde de carbone .................................................................................................................163
4. Le transport de l’oxygène et du dioxyde de carbone ...........................................................................................163
4.1 Le transport de l’oxygène ..................................................................................................................................163
4.1.1 La saturation de l’hémoglobine .......................................................................................................................163
4.1.2 La capacité de transport de l’oxygène par le sang .....................................................................................................164
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