Thème 3 – Corps humain et santé : l`exercice physique

Thème 3 – Corps humain et santé : l'exercice physique
I – Les besoins des muscles
Lors d'un effort d'intensité croissante, la consommation de dioxygène augmente progressivement jusqu'à atteindre
une valeur maximale appelée VO2 max. Cette consommation de dioxygène s'accompagne d'un rejet de dioxyde de
carbone en quantité équivalente ; elle est associée à la dégradation d'une forme de réserve du glucose dans le muscle
appelée glycogène et à la production de chaleur, mais aussi et surtout d'énergie chimique utilisable par le muscle
pour accomplir sa fonction : la contraction. (voir le document 1)
remarques :
- la réaction chimique de type catabolique illustrée dans le document1 est équivalente à une combustion ; elle
nécessite donc 2 types de réactif : un carburant (le glucose essentiellement) et un comburant (le dioxygène). Alors
que le premier « brûle », le second « fait brûler ».
- le rendement énergétique du muscle est d'environ 25% c'est-à-dire que l'énergie contenue dans les nutriments
catabolisés par les muscles est transformée pour ¾ en chaleur, et pour ¼ en énergie utilisable pour la contraction.
Document 1 - Schéma : La production d'énergie dans le muscle
Voir l'activité n°9
≈25%
≈75%
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Bilan :
La digestion et l'absorption assurent l'approvisionnement des cellules en nutriments à partir
des aliments.
Les nutriments représentent pour les cellules une source d'énergie importante lorsqu'ils
réagissent avec le dioxygène : c'est la respiration cellulaire qui a lieu dans les mitochondries.
La consommation de dioxygène et de nutriments par les cellules musculaires augmente avec
l’intensité de l’activité physique.
Le muscle en activité prélève le glucose dans le sang et dans ses réserves de glycogène. Le
muscle ne dispose pas de réserve de dioxygène.
II – Les réponses de l'organisme à l'effort physique (voir les documents 2 et 3)
Un exercice physique se traduit au niveau de l'organisme par :
- une augmentation du débit ventilatoire
- une augmentation du débit cardiaque
- une augmentation de la sudation (= transpiration)
Document 2 - Schéma : Pressions sanguines lors de la systole (a) et de la diastole (b)
P.A.S Légende :
P.A.S : pression
artérielle systolique
P.A.D : pression
artérielle diastolique
V1, V2 : volume
sanguin dans le
ventricule gauche
V.E.S : volume
d'éjection systolique
remarque : les cœurs
sont représentés dans
la position du corps
qui est face à
l’observateur.
V1
P.A.D
V2
V
.E.S
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Quelques définitions : (voir le document 2)
- le volume d'éjection systolique est le volume de sang expulsé par le cœur dans l'aorte à chaque battement
cardiaque (suite à la contraction du ventricule gauche, appelée systole) et à destination des organes. C'est la
différence entre le volume de sang dans le ventricule gauche avant et après la contraction (VES = V1 - V2)
- la fréquence cardiaque (F.C) est le nombre de battements du cœur effectués en 1 minute.
- le débit cardiaque (D.C ) est le volume de sang expulsé par le cœur dans l'aorte par minute, c'est donc le
produit du volume d'éjection systolique (V.E.S) par la fréquence cardiaque : D.C = F.C x V.E.S
- la fréquence ventilatoire est le nombre de mouvements respiratoires (= cycles inspiration-expiration) effectués
en 1 minute.
- le volume courant est le volume d'air qui rentre (ou qui sort) des poumons lors d'un mouvement respiratoire.
- le débit ventilatoire est le volume d'air qui rentre (ou qui sort) des poumons par minute, c'est donc le produit du
volume courant par la fréquence ventilatoire.

Bilan :
L'augmentation de l'activité musculaire est associée à une augmentation du volume de
dioxygène consommé, possible grâce à une augmentation des débits respiratoire et cardiaque.
Le cœur est un muscle creux animé de contractions rythmiques qui mettent le sang en
mouvement dans les vaisseaux sanguins sous l'effet de la pression sanguine.
Une activité physique régulière a un double impact positif : sur la santé en réduisant le risque
d'apparition de nombreuses maladies (obésité, troubles cardiovasculaires, cancers,...),ainsi
que sur l'esprit (libération d'endorphines) tout en améliorant les capacités physiques
(endurance notamment). (voir l'exercice 17)
III – Les limites des performances sportives
A partir d'une certaine intensité de l'effort (ou puissance), le volume de dioxygène consommé par le muscle
en un temps donné atteint une valeur maximale appelée VO2 max ; lors d'un exercice physique de type
course à pied, par exemple, elle correspond à une vitesse appelée la Vitesse Maximale Aérobie (V.M.A).
Au delà du palier d'effort correspondant à 60% de VO2 max.(variable selon l'individu), l'organisme utilise
d'autres ressources énergétiques, limitées, qui ne font pas appel à la consommation de dioxygène. Cela
s'accompagne de la production de substances toxiques (acide lactique notamment) qui s'accumulent dans le
sang, conduisant à l'épuisement.
L'effort ne peut donc être maintenu au-delà de quelques minutes à des puissances égales ou supérieures au
palier correspondant à VO2 max.
VO2 max varie d'une personne à l'autre, notamment selon l'âge, le sexe et l'entraînement. Ce volume
maximal de dioxygène que l'organisme est capable de fournir aux muscles par unité de temps (c'est donc en fait un
débit), est considéré comme le meilleur indicateur de l'aptitude physique de type endurance (effort de longue durée
et de puissance inférieure à la valeur maximale).
L'augmentation de la fréquence cardiaque observée lors d'un effort physique ne peut dépasser une valeur
maximale appelée fréquence cardiaque maximale (en théorie, F.C max = 220 – âge ±10). F.C max et VO2
max sont donc 2 paramètres physiologiques étroitement liés (voir le schéma-bilan de l'activité n°9)
remarque : l'organisme stocke suffisamment de réserves énergétiques, sous la forme de glycogène dans les cellules
musculaires et de lipide dans les cellules graisseuses, pour ne pas manquer de carburant lors d'une activité
physique. En revanche, il ne stocke pas de comburant, c'est-à-dire de dioxygène; On en déduit que la performance
sportive, sur un travail d'endurance, est principalement lié à VO2 max.
Document 3 – Schéma-bilan : Quelques modifications physiologiques lors de l'exercice physique
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IV – Relation entre l'apport de dioxygène aux muscles en activité et la double
circulation (voir le document 4)
La circulation pulmonaire et la circulation générale sont disposées en série : elles sont placées l'une à la
suite de l'autre et ont, par conséquent, un débit sanguin identique.
Tout le sang issu des organes passe donc par les poumons, ce qui permet de recharger en dioxygène
l'ensemble du volume sanguin.
V – La distribution du sang vers les tissus lors d'un effort (voir les documents 5 et 6)
Les organes de la circulation générale sont disposés en parallèle, ce qui assure une distribution indépendante de sang
aux différents organes (débit sanguin propre à chaque organe).
Lors de l'effort physique, le débit sanguin dans les organes varie :
- il est augmenté au niveau du cœur, des muscles et de la peau
- il est constant au niveau du cerveau
- il est diminué au niveau des autres organes et notamment l'appareil digestif.
Document 4 - Schéma : disposition en série de la circulation générale et de la
circulation pulmonaire
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Ces variations du débit sanguin sont contrôlées par des variations du diamètre des artérioles qui irriguent ces
différents organes (ces variations modifient la résistance qu'exercent les vaisseaux sur l'écoulement du sang) :
- il y a vasodilatation (augmentation du diamètre d'un vaisseau sanguin par relâchement des fibres
musculaires de sa paroi) des artérioles ai niveau des muscles, du cœur et de la peau.
- il y a vasoconstriction (diminution du diamètre d'un vaisseau sanguin par contraction des fibres musculaires
de sa paroi) des artérioles au niveau des autres organes
Ces 2 phénomènes (disposition en parallèle et changements du diamètre des artérioles) sont responsables d'une
modification de la distribution des débits sanguins entre les différents organes au cours de l'activité physique.
Document 5 - Schéma : les variations
de débit sanguin dans les artérioles
Document 6 - Schéma : la distribution du sang
dans les organes lors d'un effort physique
Légende :
Bilan :
Au cours de l'effort, les augmentations des débits cardiaque et ventilatoire, associée à des
modifications de la circulation sanguine, sont synchrones : elles sont couplées, ce qui permet
un apport accru de dioxygène aux muscles
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