THEME 2 : CORPS HUMAIN ET SANTE : L EXERCICE PHYSIQUE Je serai capable de...( I.) - de définir les termes spécifiques de ce thème ; - d exploiter des résultats expérimentaux présenter sous forme de graphique pour mettre en évidence divers paramètres physiologiques; - de construire un compte rendu de TP sur un support numérique Résumé du cours...( I.) I. Les modifications physiologiques au cours d un effort physique Rappel : l outil ExAO (Expérimentation Assistée par Ordinateur) permet de mesurer certains paramètres physiologiques. Il se compose : - d un système d acquisition composé d éléments permettant la réalisation des mesures (capteurs, console ExAO, interface informatique ) ; - d un système d exploitation des données numériques (logiciels). Durant l effort physique on observe une augmentation de certains paramètres physiologiques dont la consommation de dioxygène. Si l'on fait un effort prolongé de forte puissance la consommation de dioxygène augmente d abord proportionnellement à la puissance de l effort. Ensuite cette consommation stagne même si le sujet continue d augmenter la puissance de son exercice. Cette valeur définit la consommation maximale de dioxygène. Cette valeur s appelle : la VO 2 max. Durant l effort physique on observe également : - une augmentation de la fréquence cardiaque ; - une augmentation de la fréquence respiratoire ; - une augmentation du débit ventilatoire. Les nutriments, qui proviennent de la digestion des composés organiques (glucides, lipides, protides, acides nucléiques) présents dans notre alimentation, sont la source d'énergie permettant les diverses activités cellulaires. Cette énergie est libérée par une suite de réactions chimiques dans nos cellules en présence de dioxygène. Exemple: le bilan chimique de la respiration cellulaire: Energie (disponible pour l activité cellulaire) Nutriments organique + O 2 H 2 O + CO 2 Ex : Glucose (C 6 H 12 O 6 ) (énergie stockée sous forme chimique) Lors d'un exercice physique, les muscles utilisent davantage de nutriments qu'au repos. La consommation accrue de dioxygène et de nutriments correspond à l'augmentation de la dépense énergétique occasionnée par l'exercice. Ainsi il est possible de calculer la dépense énergétique d'un organisme à partir de la consommation de dioxygène. Définitions ( I.) : - physiologique : qui concerne le fonctionnement de l organisme et de ses organes ; - VO 2 max : volume maximal de dioxygène consommé en une minute par un individu au cours d un effort physique intense. - fréquence cardiaque : nombre de contractions cardiaques par unité de temps (on l exprime souvent en pulsations par minute) ; - fréquence respiratoire : nombre de cycles respiratoires complets (c est-à-dire une inspiration + une expiration) par unité de temps (on l exprime souvent en cycle respiratoire par minute) ; - volume courant : volume d air ventilé par les poumons lors d un cycle respiratoire (on l exprime souvent en L/min) ; - débit ventilatoire : volume d air échangé par les poumons (air inspiré ou air expiré) par unité de temps (on l exprime souvent en L/min) ; Illustrations du cours : activités 1 à 4 du problème 1/th2 pour le I.) 1 / 11
Fiche de mémorisation à compléter (pour I.) : Questions Q1. Quels sont les modifications physiologiques de l'organisme durant un effort physique? Q2. Qu'est-ce que le VO2 max? Comment déterminer ce paramètre physiologique? Q3. Qu'est qu'un dispositif ExAO? Q4. Qu'est-ce que la fréquence cardiaque? Comment mesurer ce paramètre physiologique? Q5. Qu'est-ce que la fréquence respiratoire? Comment mesurer ce paramètre physiologique? Q6. Qu'est-ce que le débit ventilatoire? Comment déterminer ce paramètre physiologique? Q7. Comment déterminer la masse de glucides qui permettrait d'apporter à l'organisme l'énergie suffisante pour réaliser un effort physique? 2 / 11
Je serai capable de...( II.) - d'expliquer le rôle de l'activité physique dans la lutte contre le surpoids; - d'extraire des données utiles à partir de documents Résumé du cours...( II.) II. L'activité physique aide à lutter contre le surpoids Les glucides stockés dans le foie, les muscles et les lipides du tissu adipeux sont des réserves énergétiques majeures pour l'organisme. Le type de nutriment consommé (lipides ou glucides) dépend de la durée et de l'intensité de l'effort physique. Lors d'une alimentation équilibrée, les apports énergétiques compensent les dépenses. En revanche si les apports sont trop importants, un stockage de nutriments sous forme de lipides intervient et l'individu risque, à terme, de présenter un surpoids. L'activité physique permet d'augmenter la consommation de nutriments par l'organisme et contribue à la lutte contre le surpoids. Dans ce cadre, elle doit toutefois être associée à une hygiène alimentaire visant à réduire les apports énergétiques. Illustrations du cours : activités 1 à 3 du problème 2/th2 pour le II.) 3 / 11
Fiche de mémorisation à compléter (pour le II.) : Questions Q1. Quelles sont les différentes formes de réserves énergétiques dans l'organisme? Q2. Quel type de réserve énergétique est utilisée en priorité lors d'un effort physique? Puis quelles réserves énergétiques sont exploitées lorsque l'effort se prolonge? Q3. Qu'est-ce qu'une alimentation équilibrée? Q3. Quelle conséquence peut se produire lorsque les apports énergétiques alimentaires en excès se prolonge? Q5. Quels conseils peut-on apporter à un individu qui présente un surpoids? 4 / 11
Je serai capable de...( III.) - de définir les termes spécifiques de ce thème ; - de représenter par des schémas l organisation anatomique de l appareil cardio-vasculaire et respiratoire - d expliquer le fonctionnement de l appareil cardio-vasculaire et respiratoire ; - d exploiter des mesures : VES ; Fc ; Dc ; PA Résumé du cours...( III.) III. Une organisation cardio-vasculaire adaptée à l approvisionnement des organes Le sang est un système de transport des gaz et des nutriments entre les différents organes. La circulation sanguine s effectue à sens unique dans l organisme. Le sang arrive aux organes par des artères et les quitte par des veines. Dans les organes, les capillaires assurent la continuité entre les artères et les veines. Le sang est mis en mouvement par le cœur qui est un muscle appelé le myocarde. Le myocarde est cloisonné puisqu il possède quatre cavités : 2 oreillettes et 2 ventricules. Lorsqu il se contracte, le sang provenant des veines est propulsé dans les artères jusqu aux organes. Les contractions cardiaques sont rythmiques et le fonctionnement des parties droite et gauche du cœur est synchrone. Les valvules régulent la circulation du sang à sens unique au niveau du cœur. Au cours de la révolution cardiaque, la même suite de phénomènes se reproduit régulièrement : - la systole auriculaire chasse le sang dans les ventricules ; - la systole ventriculaire expulse le sang des ventricules dans les artères ; - la diastole générale permet au sang arrivant par les veines de remplir les oreillettes et de s écouler dans les ventricules. Le volume de sang éjecté dans une artère à chaque contraction, par l un ou l autre ventricule, constitue le volume d éjection systolique (VES). Le débit cardiaque (Dc) correspond au volume de sang éjecté, chaque minute, par l un ou l autre des ventricules. En circulant à l intérieur des vaisseaux sanguin, le sang exerce une pression sur les parois des vaisseaux. La pression au niveau des artères (= pression artérielle) varie en fonction du débit sanguin. Le "sang désoxygéné", provenant des organes du corps, arrive au "cœur droit" pour être envoyé vers les poumons où il sera oxygéné grâce à la respiration. Au niveau des poumons, le dioxygène de l air des alvéoles pulmonaires passe dans le sang qui circule dans les capillaires sanguins. Le "sang oxygéné", provenant des poumons, arrive au "cœur gauche" pour être envoyé aux organes du corps qui consommeront le dioxygène et les nutriments disponibles. Ce cycle est continu puisque l appareil circulatoire est un système clos. La circulation «cœur-poumon» est appelée circulation pulmonaire (= petite circulation). La circulation «cœurorgane» est appelée «circulation générale» (= circulation systémique = grande circulation). Cette double circulation permet le renouvellement permanent du sang en nutriments et en dioxygène. Dans la «circulation générale», le sang circule simultanément dans les différents organes : on parle d une circulation «en parallèle» (par analogie aux montages électriques en parallèle). Définitions ( III.) : - artère : vaisseau sanguin, dont la paroi est élastique et épaisse, qui transporte le sang du cœur vers les organes - veine : vaisseau sanguin, dont la paroi est flasque (souple, peu ferme) et peu épaisse, qui transporte le sang des organes vers le cœur. - capillaire : vaisseau sanguin très fin et très ramifié présent dans les organes - myocarde : muscle cardiaque épais, creux, cloisonné qui se contracte de manière rythmique. On l appelle : le cœur. - valvule: dispositif (membranes) qui s ouvre et se ferme selon la pression appliquée sur les deux faces (comparable à un «clapet anti-retour» dans un circuit hydraulique). - systole : phase de contraction - diastole : phase de relâchement - volume d éjection systolique (VES) : voir résumé - débit cardiaque (Dc) : voir résumé ; pour le calculer, Dc = VES x Fc - pression artérielle (PA) : voir résumé - alvéole pulmonaire : "sac microscopique" dans les poumons, contenant de l air Illustrations du cours : activités 1 à 5 du problème 3/th2 pour le III.) 5 / 11
Fiche de mémorisation à compléter (pour le III.) : Questions Q1. Quel est le rôle de la circulation sanguine? Q2. Comment le sang est-il mis en mouvement dans le système circulatoire? Q3. Comment la circulation unidirectionnelle est-elle rendue possible dans le système cardio-vasculaire? Q4. Légender le schéma suivant et indiquer le sens de circulation sanguine. Q5.Légender le schéma suivant. Q6. Quels sont les étapes principales d'une révolution cardiaque? Q7. Quel outil mesure la pression artérielle? 6 / 11
Questions Q8. Qu'est-ce que la pression systolique? Qu'est-ce que la pression diastolique? Q9. Comment déterminer la fréquence cardiaque? Q10. Qu'est-ce que le VES? Q11. Qu'est-ce que le débit cardiaque? Comment le déterminer? Q12. Quels systèmes de régulation au niveau de la circulation sanguine permettent d'adapter les flux sanguins aux différents organes selon leurs besoins durant un effort physique? 7 / 11
Je serai capable de...( IV.) - de définir les termes spécifiques de ce thème ; - d expliquer les mécanismes nerveux régulateur de la pression artérielle ; - de représenter schématiquement le boucle de régulation réflexe conduisant à la régulation de la pression artérielle. Résumé du cours...( IV.) IV. Le contrôle nerveux de la pression artérielle La pression artérielle dépend du débit sanguin. Ainsi la pression artérielle est une grandeur contrôlée par plusieurs paramètres. Par exemple, il existe une boucle de régulation réflexe de contrôle de la fréquence cardiaque. Cette boucle de réflexe est constituée : - De capteurs sensibles à la pression artérielle appelés «barorécepteurs». - D un centre nerveux situé dans le bulbe rachidien. Ce centre bulbaire intègre les informations nerveuses issues des barorécepteurs et module les messages nerveux en direction des organes effecteurs, dont le cœur. Cette modulation aboutit à la régulation de la pression artérielle en fonction des besoins de l organisme. - De nerfs afférents qui transmettent les informations nerveuses des barorécepteurs vers le centre nerveux bulbaire. - Des nerfs efférents sympathiques et parasympathiques qui transmettent les informations du centre nerveux bulbaire aux organes effecteurs. Définitions ( IV.) : - boucle réflexe : système de régulation d un paramètre physiologique qui fait intervenir une activité involontaire, immédiate et prévisible à la suite d un stimulus donné ; - barorécepteur : récepteur sensible à la pression artérielle ; - bulbe rachidien : centre nerveux situé à la base du cerveau et au sommet de la moelle épinière ; - nerf afférent : (= nerf sensitif = nerf sensoriel) : nerf transmettant les messages nerveux provenant des organes récepteurs (ex. barorécepteur) vers les centres nerveux ; - nerf efférent (= moteur) : nerf transmettant les messages nerveux provenant des centres nerveux vers un organe effecteur ; - organe effecteur : organe qui exécute une commande issue d un centre nerveux. Par exemple, le cœur exécute une action motrice pour moduler la pression artérielle Illustrations du cours : activités 1 à 6 du problème 4/th2 pour le IV.) 8 / 11
Fiche de mémorisation à compléter (pour le IV.) : Questions Q1. Comment varie la pression artérielle si le débit cardiaque augmente? Q2. Si on considère le VES constant durant une période donnée, comment varie la pression artérielle si la fréquence cardiaque augmente? Q3. Quel paramètre l'organisme peut-il réguler pour agir sur la pression artérielle? Q4. Quels organes relie le nerf sympathique? Quel est son rôle dans la régulation de la pression artérielle? Q5. Quels organes relie le nerf parasympathique? Quel est son rôle dans la régulation de la pression artérielle? Q6. Quels organes relient respectivement les nerfs de Cyon et le nerf de Hering? Quels rôles exercent ces nerfs dans la régulation de la pression artérielle? Q7. Représenter par un schéma la boucle de régulation de la pression artérielle. 9 / 11
Je serai capable de...( V.) - de décrire et schématiser l organisation d une articulation ; - d indiquer quelques exemples d accidents musculo-articulaires ; - d identifier, à partir de documents, les causes de fragilisation du système musculo-articulaire Résumé du cours...( V.) V. Le fonctionnement d une articulation Les articulations permettent les mouvements. On distingue trois types de mouvements : Les mouvements de flexion : ils permettent de replier une partie du corps (ou d un membre) sur une autre. Exemple : flexion de l avant bras sur le bras. Les mouvements d extension : ils permettent de placer deux parties du corps (ou d un membre) dans le prolongement l une de l autre. Exemple : extension des jambes quand on passe de la position accroupie à la position debout. Les mouvements de rotation : ils permettent de faire pivoter une partie du corps (ou d un membre) par rapport à une autre. Exemple : rotation de la tête. Organisation et fonctionnement d une articulation (voir schéma) : Les muscles sont insérés sur les os grâce à leur tendon (partie fibreuse blanchâtre). En se contractant les muscles se raccourcissent et permettent le déplacement de l os voisin donc le mouvement. Au niveau d une articulation, les os s emboîtent et sont reliés entre eux par des ligaments. Le glissement des têtes osseuses est facilité par des cartilages articulaires lisses et par un liquide, la synovie qui lubrifie les articulations. Les muscles striés squelettiques et les articulations constituent un système fragile qui doit être protégé. Les accidents musculo-articulaires s expliquent par une détérioration du tissu musculaire, des tendons, ou de la structure articulaire. Des pratiques inadaptées ou dangereuses (exercice trop intense, pratique du dopage, mauvaise gestion des phases de repos musculaire ) augmentent la fragilité du système musculo-articulaire et/ou provoquent des accidents. Exemples : tendinites ; fractures osseuses ; usure des cartilages articulaires ; épanchement de synovie ; luxation Illustrations du cours : activités 1 à 4 du problème 5/th2 pour le V.) 10 / 11
Fiche de mémorisation à compléter (pour le V.) : Questions Q1. Quels sont les 3 mouvements principaux des articulations dans l'organisme? Q2. Comment est organisé une articulation? Q3. Comment préserver la santé en pratiquant une activité physique? 11 / 11