Chapitre 6 - L'organisme pendant l'effort physique
Lors d'un effort physique, les muscles fournissent un travail nécessitant un apport énergétique.
Problématique : Comment l'organisme subvient-il à ses besoins énergétiques lors d'un effort physique ?
I – Les effets d'un effort physique :
Activité 1 : Les effets d'un effort physique
Mettre en œuvre un protocole expérimental pour mettre en évidence un ou plusieurs aspects du métabolisme énergétique à l’effort (consommation de dioxygène, production de chaleur,…).
Exploiter des données quantitatives concernant les modifications de la consommation de dioxygène et de nutriments à l’effort.
Lors d'un effort physique, on constate :
- une augmentation de la fréquence ventilatoire FV (nombre de mouvements ventilatoires en 1 minute),
- une augmentation de la fréquence cardiaque FC (nombre de battements cardiaques en une minute),
- une augmentation de la pression artérielle PA (en mm Hg)
- une augmentation de la température contre laquelle lutte la transpiration.
Ces modifications physiologiques permettent un meilleur approvisionnement des muscles en dioxygène et en nutriments.
Un exercice physique nécessite un apport d'énergie aux cellules musculaires. Cette énergie est produite par la respiration cellulaire, qui oxyde des nutriments (glucose et acides gras) en présence de dioxygène. Les ¾ de l'énergie produite sont perdus sous forme de chaleur, le reste permet de réaliser l'exercice musculaire (énergie mécanique). Plus l'effort est intense, plus la consommation de dioxygène et de nutriments augmente.
II – Les modifications ventilatoires :
Activité 2 : Les modifications ventilatoires lors d'un effort physique
Mettre en œuvre un protocole expérimental (en particulier assisté par ordinateur) pour montrer les variations des paramètres physiologiques à l’effort.
La ventilation pulmonaire permet l'approvisionnement du sang en dioxygène. Elle comprend deux variables :
- la Fréquence Ventilatoire FV : nombre de mouvements ventilatoires en 1 minute
(1 mouvement = 1 inspiration + 1 expiration).
- le Volume Courant VC : quantité d’air (en litres) circulant dans les poumons lors d’un mouvement ventilatoire.
Le débit ventilatoire augmente en fonction des besoins liés à l'effort physique grâce à une augmentation de la fréquence ventilatoire et du volume courant :
Débit Ventilatoire = Fréquence ventilatoire x Volume Courant
L / min mvt / min L / mvt
Il existe une limite à la consommation de dioxygène : le VO2max. C'est le volume de dioxygène maximal que l'organisme peut absorber en 1 minute au niveau des poumons (en mL/min/kg). La puissance de l'effort n'est donc pas illimitée. Le VO2max augmente avec l'entrainement sportif.
III – Les modifications cardiaques :
Activité 20 : Les modifications cardiovasculaires lors d'un effort physique
Mettre en œuvre un protocole expérimental (en particulier assisté par ordinateur) pour montrer les variations des paramètres physiologiques à l’effort.
Activité 21 : Le cœur et la propulsion du sang dans les vaisseaux
Recenser, extraire et organiser des informations et manipuler (dissections, logiciels de simulation et recherche documentaire) pour comprendre l’organisation et le fonctionnement du système cardiovasculaire.
1) Le cœur :
Le cœur est une double pompe qui assure la circulation du sang dans l’organisme. Chaque pompe est constituée de deux cavités : une oreillette et un ventricule.
La circulation du sang dans les cavités cardiaques se fait dans un seul sens : le sang arrive par les veines dans les oreillettes et quitte les ventricules par les artères. Ce sens de circulation est imposé par 4 valvules (auriculo-ventriculaires et artérielles) qui empêchent le reflux du sang.
2) Le cycle cardiaque :
Le cycle cardiaque est constitué de 3 étapes dont l'enchaînement assure la mise en mouvement du sang dans un seul sens :
- la diastole : phase de relâchement du cœur, les cavités se remplissent de sang.
- la systole auriculaire : les oreillettes se contractent, ce qui finit le remplissage des ventricules.
- la systole ventriculaire : les ventricules se contractent et éjectent le sang dans les artères.
3) La circulation sanguine :
La partie droite du cœur envoie le sang appauvri en dioxygène (bleu) vers les poumons, où il va se recharger en dioxygène ; le sang riche en dioxygène (rouge) rejoint alors la partie gauche du cœur, qui l'envoie dans tout l'organisme. La circulation pulmonaire est branchée en série avec la circulation générale. Les organes sont disposés en parallèle (en dérivation) afin que la circulation générale distribue du sang oxygéné aux cellules de tous les organes.
La vasoconstriction ou diminution du diamètre des artérioles et la vasodilatation augmentation du diamètre des artérioles, permettent d’adapter le débit sanguin des organes en fonction de leurs besoins. Ce mécanisme concerne tous les organes.
4) Les modifications cardio-vasculaires lors d’un effort physique :
La fréquence cardiaque (FC) est le nombre de battements cardiaques par minute. Le volume d’éjection systolique (VES) est la quantité de sang éjectée par un ventricule lors de sa contraction. Le débit cardiaque (DC) est la quantité de sang éjectée par un ventricule par unité de temps. Le débit sanguin du cœur droit est identique au débit sanguin du cœur gauche.
DC (mL.min-1) = FC (battements.min-1) x VES (mL)
Au cours d'un effort physique, la consommation de dioxygène d'un individu est multipliée par 12. Cela est rendu possible par l'action combinée de l'augmentation de la FC et de l'augmentation de la quantité de dioxygène prélevée dans le sang.
Au cours d’un effort physique la fréquence cardiaque (FC = nombre de cycles cardiaques par minute) augmente puis se stabilise à une valeur maximale qui dépend uniquement de l’âge du sujet.
FC max théorique = 220 – âge du sujet
Conclusion :
Au cours d’un effort long et/ou peu intense l'augmentation de l'activité respiratoire permet de transformer l'énergie chimique des nutriments en énergie utilisable par les muscles. Cela est rendu possible par l'organisation anatomique et des modifications physiologiques. Un bon état cardiovasculaire et ventilatoire est indispensable à la pratique d'un exercice physique.