THEME 2 : CORPS HUMAIN ET SANTE : L EXERCICE PHYSIQUE

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1 THEME 2 : CORPS HUMAIN ET SANTE : L EXERCICE PHYSIQUE Introduction générale : L Homme, pour vivre, a besoin de se nourrir. La nutrition fait appel à différentes fonctions que sont l alimentation, la respiration et la circulation, l excrétion. Toutes ces fonctions se déroulent simultanément dans un organisme : pour un bon fonctionnement du corps humain, il faut que ces fonctions soient coordonnées. Prenons l exemple d un organisme effectuant un exercice physique : les cellules musculaires doivent être correctement approvisionnées en O2 et nutriments afin que celles-ci produisent de l énergie nécessaire au mouvement. Dans cet exemple sont mises en jeu la respiration et la circulation et la contraction. Or, pour pouvoir bien pratiquer un exercice physique, il est indispensable de bien connaître le fonctionnement de son corps. Comment est assuré le couplage de l activité cardio-respiratoire et de l apport adapté d O2 aux muscles, pour le bon fonctionnement de l organisme? CHAPITRE 1 DES MODIFICATIONS PHYSIOLOGIQUES A L EFFORT Lors d un exercice physique, comment l organisme s adapte-il pour répondre aux besoins des muscles? I. Les besoins des cellules musculaires 1. Rappels :approvisionnement des cellules en nutriments et en O2 Activité1 : mobiliser des acquis sous forme d un schéma 2. La variation des besoins des cellules musculaires lors d un exercice physique a) Les besoins en nutriments Activité2 : réaliser un graphique (représentant l évolution de la consommation de glucose par les cellules musculaire selon l intensité de l exercice) à l aide d un tableur Voici un tableau récapitulant les prélèvements de glucose sanguin par les muscles des membres inférieurs au cours d exercices de puissance variable. Temps Prélèvementglucose 0 min 10 min 20 min 30 min 40 min Exercice faible 0.2 mmol/min 0.75 mmol/min 0.80 mmol/min 1 mmol/min 1.2 mmol/min Exercice modéré 0.2 mmol/min 1.25 mmol/min 1.5 mmol/min 1.8 mmol/min 2 mmol/min Exercice intense 0.2 mmol/min 3.6 mmol/min 3.75 mmol/min 3.95 mmol/min 4.2 mmol/min Lors d un effort physique, les cellules musculair es ont un besoin énergéti que plus importan t. Il y a donc

2 augmentation de l utilisation des réserves et une consommation accrue des nutriments par les muscles. b) Les besoins en dioxygène Pb : Comment varie la consommation en dioxygène selon la puissance de l effort? Hyp : plus l effort est intense, plus la consommation augmente! Activité 3 : mettre en évidence et comprendre la relation entre l intensité de l effort et la consommation de dioxygène. Objectifs méthodologiques : - Concevoir et mettre en œuvre un protocole expérimental - Utiliser l ExAO (fiche méthode) - Utiliser le tableur excel (fiche méthode) : réaliser des calculs et réaliser un graphique 1) Expliquez par un schéma ou/un texte l expérience que vous feriez pour tester l hypothèse 2) Réaliser l expérience à l aide de la fiche méthode ExAO 3) Ouvrir la feuille Excel dans lecteur Q 2 nde SVT - activité 3. Calculer avec le Tableur Excel la puissance des exercices fournis, puis compléter le tableau et réaliser un graphique (avec Excel) représentant la consommation d O 2 en fonction de la puissance de l effort fourni. 4) Analyser le graphique afin de valider ou réfuter votre hypothèse et répondre à la problématique

3 Evaluation du VO2 max 6000 VO2 consommé (ml/min) Evolution de la consommation de dioxygène en fonction de la puissance de l'exercice et de l'entraînement Temps (min) puissance de l'exercice VO2 consommé février 1994 VO2 consommé en février 2000 Lors d un effort physique, il y a augmentation du prélèvement d O2 par unité de temps et par unité de masse (Intensité Respiratoire), qui peut atteindre une valeur maximale : le VO2 max. Ce dernier varie d une personne à l autre en fonction de l entraînement (qui l augmente), âge, sexe, et de facteurs génétiques Plus un exercice est intense, plus le prélèvement d O2 et de glucose augmentent, ce qui permet de fournir plus d énergie par unité de temps aux muscles par la respiration. 3. L exercice physique un moyen de lutter contre l obésité Activité maison : Mettre en évidence le rôle de l activité physique pour prévenir l obésité Consigne globale : D après l analyse de ces deux graphiques, déterminer les caractéristiques d une activité physique la plus efficace pour lutter contre l obésité

4 ANALYSE : On cherche à montrer quel est l exercice le plus adapté pour lutter contre l obésité Graphique 1 : Source d énergie utilisée en fonction de l intensité de l exercice OBSERVATION : Au repos : on dépense 7kJ/min dont : - 5kJ/min à partir d acide gras sanguins - 1kJ/min à partir de glucose sanguin Lors d un exercice entre 40 et 55% de Puissance Maximale : on dépense de 56 à 70 kj/min dont - 27kJ/min à partir de glycogène musculaire - 23kJ/min à partir d acides gras sanguins - 15kJ/min à partir d acides gras musculaire - 5kJ/min à partir de glucose sanguin Lors d un exercice 75% de Puissance Maximale : on dépense de 85 kj/min dont - 50kJ/min à partir de glycogène musculaire - 15kJ/min à partir d acides gras sanguins - 5kJ/min à partir d acides gras musculaire - 15kJ/min à partir de glucose sanguin De plus d après doc : les acides gras sanguins proviennent de la dégradation de triglycérides du tissu adipeux INTERPRETATION : L obésité correspond à une accumulation d acide gras qui provoque un excès de tissu adipeux or la consommation d acides gras est la plus importante pour une intensité d exercice entre 40 et 55%PM CONCLUSION : Plus l intensité de l exercice augmente, plus on dépense de l énergie mais ce ne sont pas les mêmes sources d énergie utilisées. Pour utiliser le maximum d acides gras sanguins il faut faire un exercice entre 40 et 55%PM Graphique 2 : Source d énergie utilisée en fonction de la durée d un exercice de 60%PM OBSERVATION : Exercice de 30 minutes : on dépense 59kJ/min dont : Lors d un exercice de 90 minutes : on dépense de 59-30kJ/min à partir de glycogène musculaire kj/min dont - 7kJ/min à partir de glucose sanguin - 22kJ/min à partir de glycogène musculaire - 12kJ/min à partir d acides gras sanguins - 9kJ/min à partir de glucose sanguin - 10kJ/min à partir d acides gras musculaires - 18kJ/min à partir d acides gras sanguins Lors d un exercice de 60 minutes : on dépense de 60-10kJ/min à partir d acides gras musculaires kj/min dont Lors d un exercice de 120 minutes : on dépense 59-29kJ/min à partir de glycogène musculaire kj/min dont - 6kJ/min à partir de glucose sanguin - 20kJ/min à partir de glycogène musculaire - 15kJ/min à partir d acides gras sanguins - 11kJ/min à partir de glucose sanguin - 10kJ/min à partir d acides gras musculaires - 22kJ/min à partir d acides gras sanguins - 6kJ/min à partir d acides gras musculaires De plus d après doc : les acides gras sanguins proviennent de la dégradation de triglycérides du tissu adipeux INTERPRETATION : L obésité correspond à une accumulation d acide gras qui provoque un excès de tissu adipeux l exercice le plus efficace sera celui qui permet d utiliser le plus d acides gras sanguins Or quelque soit la durée de l exercice : la dépense énergétique par minute est la même, cependant plus l exercice est long plus l utilisation d acide gras sanguin augmente et celle de glycogène musculaire diminue on va utiliser plus d acides gras sanguins pour une durée d exercice de : 120 minutes. CONCLUSION : Plus l intensité de l exercice augmente, plus on dépense de l énergie mais ce ne sont pas les mêmes sources d énergie utilisées. Pour utiliser le maximum d acides gras sanguins il faut faire un exercice d une durée assez longue BILAN : Pour effectuer un exercice efficace contre l obésité : il faut qu il soit d un intensité moyenne (entre 40 et 55% PM) et d une durée suffisamment longue (120min) pour ne pas trop utiliser le glycogène musculaire

5 II. L activité cardiorespiratoire au cours de l effort 1- Les variations de l activité ventilatoire Activité 4 : On mesure différents paramètres : - la fréquence respiratoire (Fr) exprimée en mouvements respiratoires par minute. - le volume ventilé (volume courant Vt) soit le volume d air inspiré et expiré à chaque mouvement. - Le débit ventilatoire, défini par le volume d air circulant dans les poumons en 1 min, soit D = Fr*Vt. Ces paramètres respiratoires augmentent avec l intensité de l exercice physique. Comment l activité cardio-respiratoire assure-t-elle l approvisionnement des muscles en dioxygène? 2- Les variations de l activité cardiaque Activité 5 : La fréquence cardiaque augmente avec l intensité de l exercice jusqu à un maximum : la FC max=220-âge. Qd cette FC max est atteinte, on atteint également le VO2 max. Bilan : Au cours de l effort un certain nombre de paramètres physiologiques sont modifiés : on observe une augmentation de : - la fréquence cardiaque et du volume d éjection systolique (et donc du débit cardiaque) : le sang est mis en circulation plus vite et passe donc plus souvent par les muscles - ainsi qu une augmentation de la fréquence ventilatoire et du volume courant (et donc du débit ventilatoire) : à chaque passage par les poumons le sang peut donc être réoxygéner. Ces modifications physiologiques permettent un meilleur approvisionnement des muscles en dioxygène et en nutriments par unité de temps. Quelles sont les conséquences de cette augmentation de débit cardiaque au niveau des vaisseaux sanguins? Hyp : On suppose que cela fait varier la pression au niveau des vaisseaux

6 3- Les variations de la pression artérielle Activité 6 : On mesure la tension (pression) artérielle de deux personnes PROTOCOLE : - mettre le bandeau autour du bras, en positionnant le stéthoscope sur les artères au niveau de la pliure du bras - fermer la petite vis du gonfleur - mettre le stéthoscope ds les oreilles - gonfler le brassard avec la pompe jusqu à environ 180mm Hg - puis écouter : lors du premier bruit entendu (le sang passe) : noter la valeur de pression : elle correspond à la pression systolique - puis lorsque le bruit disparaît, la valeur indique la pression minimale (diastolique) Faire la mesure au repos puis après l effort (30 flexions) p208 Hachette 2010 On observe que la pression artérielle systolique augmente lors d un effort (car plus de sang est éjecté par le cœur) mais que la pression diastolique reste constante Quelles sont les modifications circulatoires qui vont permettre que les muscles reçoivent plus d O2 lors d un effort?