CHAPITRE I LA MODIFICATION DES PARAMÈTRES PHYSIOLOGIQUES À L'EFFORT...2 1 - La modification de la ventilation pulmonaire...2 2 - Les modifications de la consommation de dioxygene lors d'un effort...3 3 - Les variations de la pression artérielle...4 4 Les modifications des paramètres physiologiques cardiaques lors d'un exercice...5 5- Les modifications des paramètres physiologiques dans les muscles...7 1/7
C HAPITRE I L A MODIFICATION DES PARAMÈTRES PHYSIOLOGIQUES À L ' EFFORT 1 - LA MODIFICATION DE LA VENTILATION PULMONAIRE Problème : Comment mesurer les variations de la ventilation pulmonaire lors d'un effort? TP 1 Mesure assistée par ordinateur des variations de la ventilation pulmonaire Les paramètres de la physiologie pulmonaire sont enregistrés à l'aide d'un spiromètre (appareil permettant de mesurer les volumes d'air ventilé par l'organisme) raccordé à un ordinateur. Définitions : Débit Ventilatoire (DV) : Volume d air ventilé par les poumons en 1 minute : DV = FV * VC. Cette valeur est mesurée par le spiromètre. Ex : 7 litre/minute au repos dans la mesure enregistrée sur le graphique ci-dessous. La fréquence ventilatoire (FV) représente le nombre de ventilation (expiration/inspiration) moyen par minute. Au repos FV = 10 ventilations/minute. Pour déterminer la FV, il suffit de compter le nombre de pics présents sur la graphique pendant 60 sec (soit 1 min) : Ex 14 pics au repos sur le graphique ci-dessous, donc FV = 14 ventilations/min. Le volume courant (VC) représente le volume d air expiré par les poumons lors d'une seule ventilation (c'est à dire lors d'une expiration). Pour calculer VC, il suffit de connaître FV et DV, en effet VC = DV/FC. Ex : A partir des données prises sur le graphique ci-dessous, on obtient au repos : VC = 7 (litre/min) / 14 (ventilation/min) = 0,5 litre/ventilation (soit 500 ml). Graphique représentant les varitions de la ventilation pulmonaire au repos, à l'exercice (flexions régulières) et à la récupération Bilan : Lors d un effort, la ventilation pulmonaire s adapte en augmentant le volume d air ventilé par les poumons. Ce volume d air appelé, débit ventilatoire passe de 5 L/minute (repos) à 30 L/minute (effort). L augmentation du débit ventilatoire est causé par deux phénomènes synchrones : l augmentation de la fréquence ventilatoire et l augmentation du volume courant. 2/7
2 - LES MODIFICATIONS DE LA CONSOMMATION DE DIOXYGENE LORS D'UN EFFORT Problème : Comment évolue la consommation de dioxygène au cours d'un exercice physique? TP 2 Mesure par ordinateur de la consommation d O2 par l organisme. Définition : On note VO2 (Volume de dioxygène) le volume de dioxygène consommé par l'organisme au cours d'une minute. Exemple de Calcul de l'énergie dépensée lors au repos et à l'effort : - 1 litre d'o2 consommé permet au corps de produire 5 Kcal (prononcer Kilo Calories / 1 Kcal = 1000 cal) d'énergie - 100 g de Nutella représente une réserve d'énergie de 1215 Kcal - 1 cuillière de Nutella comprend 15g de Nutella Combien de temps de flexion doit on pratiquer pour consommer l'énergie d'une cuillière de Nutella? Exemple : - Si 1 minute de flexion entraine une consommation de 7,8 L d'o2 (Calculé à partir des données récoltées par ordinateur) - Attention cette valeur mesurée par la sonde à oxygène est surestimée par rapport à la réalité. - 1 minute de flexions consomme donc Eoxygène = 7,8 * 5 = 39 Kcal - 1 cuillière de nutella apporte Enutella = (1215*15)/100 = 182,5 Kcal - Temps de flexions nécessaire pour consommer l'énergie du Nutella Teffort = 182,5/39 = 4,7 minutes Bilan: La consommation en dioxygène (VO2) représente le volume d O2 utilisé par le corps en une minute. Au repos VO2 = 0,3 l/min environ, à l effort VO2 peut facilement doubler et atteindre 0,75 l/min. L'utilisation de l'oxygène permet au corps de produire de l'énergie d'après la relation suivante : 1 L d'o2 consommé est corrélé à la production de 5 Kcal d'énergie. 3/7
3 - LES VARIATIONS DE LA PRESSION ARTÉRIELLE TP 4' Mesure de la pression artérielle (Sphygmomanomètre + Sthétoscope) Définition : Un sphygmomanomètre placé au niveau de l'artère brachiale permet d'enregistrer la pression sanguine au niveau de cette artère à l'aide d'un Sthétoscope (en écoutant les bruits produits par le sang coulant dans les artères). La mesure se fait au repos. La sphygmomanomètre donne la pression en mm de Hg (mm de Mercure). celle-ci est exprimée en cm de mercure par les médecins. Valeurs moyennes des pressions artérielles enregistrées au sphygmomanomètre Pression maximum. ou pression systolique Pression minimale ou pression diastolique 120 mm de Hg 80 mm de Hg Remarque : En médecine, on exprime cette pression artérielle (ou tension artérielle) par ces deux valeurs réunies exprimée en cm de Hg : 12/8 (sous entendu 120 mm de Hg pour la pression max. et 80 mm de Hg pour la pression mini.) Analyse : On remarque qu'au repos la pression artérielle varie constamment dans le sang de façon répétitive. Chaque cycle dure environ 1,5 secondes et est marqué par une pression maximale (120 mm de Hg) et une pression minimale (80 mm de Hg) Analyse : On observe une augmentation de la pression artérielle au cours d'un exercice de course à pieds, la pression systolique s'élève de 120 mmde Hg à 210 mm de Hg lorsque l'on passe de la marche (2 km/h) à la course d'endurance (11 km/h). Bilan : La pression artérielle est un paramètre physiologique caractérisé par deux grandeurs : - la pression systolique notée PS - la pression diastolique notée PD Deux paramètres physiologiques sont calculés à partir de PS et PD : - Pression différencelle = PS - PD - Pression Artérielle Moyenne (PAM) = PD + 1/3 * Pression différencielle 4/7
4 LES MODIFICATIONS DES PARAMÈTRES PHYSIOLOGIQUES CARDIAQUES LORS D'UN EXERCICE TP 4 Anatomie du coeur : Dissection du coeur de poulet Anatomie du coeur Le coeur est un organe creux. Il présente deux cavités totalement séparées par une cloison interventriculaire. Chaque cavité est formé d'une oreillette et d'un ventricule séparée par une valve ou valvule auriculo-ventriculaire (mitrale ou tricuspide). Les veines et les artères se raccordent au coeur comme indiqué sur le schéma. Fréquence Cardiaque (FC): Fréquence des contractions du myocarde par minute (en bpm). Les variations du volume ventriculaire dans le coeur : Le volume contenu dans le coeur varie de façon cyclique, passant d'une valeur maximale (Volume Diastolique) à une valeur minimale (Volume Systolique). Ce graphique illustre les deux phases principales de l'activité cardiaque : - La période de contraction des ventricules et l'ejection du sang en dehors du coeur (dans les artères) :la Systole - La période de relaĉhement et de remplissage du coeur (par les veines) : la Diastole. - La diastole est plus longue que la systole - Le volume de sang éjecté à la fin de la systole est appelé VES (Volume d'éjection Systolique) 5/7
Question : Le VES augmente t'il avec l'effort? Analyse : Le graphique ci-contre montre que la fréquence cardiaque augmente au cours d'un exercice physique. Par contre le VES augmente de façon régulière au cours de l'effort uniquement chez le sportif de haut niveau (Athlète) (le VES passe alors de 90 ml à 190 ml pour une FC s'élevant de 65 à 170 bpm). Ches les sujets entraînés ou non entraînés, le VES n'augmente pas de façon régulière, mais seulement lorsque la FC augmente légèrement. Au dela de 105 bpm, le VES n'augmente pas, il a tendance à stagner et même diminuer. On peut calculer le Débit Cardiaque (DC) en fonction de la Fréquence cardiaque (FC) et le VES. DC = FC*VC Bilan : L'activité cardiaque augmente lors d'un effort, notamment la fréquence cardiaque et le débit cardiaque. Cependant certains paramètres comme le VES n'augmentent de façon régulière que chez certaines personnes (Athlètes et sportifs de haut niveau). Schéma de la circulation sanguine : On distingue : la circulation pulmonaire et la circulation systémique. 6/7
5- LES MODIFICATIONS DES PARAMÈTRES PHYSIOLOGIQUES DANS LES MUSCLES TP - Observation microscopique de muscle squelettique Observation : Au microscope on remarque que les muscles sont un assemblage de long filament présentant des stries perpendiculairement à leur longueur. Chaque filament (qui peut mesurer plusieurs centimètres) est une cellule musculaire appelée fibre musculaire. L'espace entre les stries est appelé sarcomère. Doc1. Le document ci-contre montre la tension exercée par un muscle (la tension mesure la force produite par le muscle). Information : Tous les sarcomères d'une fibre cellulaire modifient leur longueur de façon simultanée. Au repos les sarcomères ont une longueur de 3,5 micromètres. Analyse : - Observation : On remarque que lorsque le sarcomère rétrécie de 3,5 µm à 2 µm la tension du muscle augmente de 0 % à 100 %. - Interprétation : Comme l'ensemble des sarcomères se raccourcissent simultanément on peut supposer que la contraction du muscle est associée à un raccourcissement de la fibre musculaire causée par le raccourcissement des sarcomères. Bilan : La contraction des muscles (raccourcissement) entraîne le mouvement du squelette par le biais des tendons. Les muscles sont formés d'un ensemble de cellules musculaires. Ces cellules sont appelées fibres musculaires. Elles sont constituées de stries (d'où l'appellation fibres musculaires striées ). L'espace entre deux stries forme une structure coulissante appelée sarcomère. Le raccourcissement de tous les sarcomères de façon simultanée est à l'origine du raccourcissement de la fibre musculaire et donc du muscle dans son ensemble. Doc 2 Les physiologistes du sport ont cherché à connaître l'origine du sentiment de fatigue très fort, ressenti lors d'un effort d'endurance. Ce sentiment de lassitude, appelé par les marathonien, «le mur des 30 km», est ressenti entre 29 et 35 km de course (entre 1h30 et 2h de course). En laboratoire, des sportifs ont effectué un exercice de course (à vitesse constante) sur tapis roulant en respectant une consommation d'o2 de l'ordre de 70% du VO2max. En parrallèle, des biopsies ont permis de mesurer la quantité de glycogène dans le triceps sural (muscle du molet, formé de trois masses musculaires, dont l'une est appelée Jumeaux), ainsi que l'évolution du sentiment, subjectif, de fatigue. Les données sont représentées dans les graphiques ci-contre. Remarque : Le glycogène est un molécule stockée dans les cellules musculaires et issue de la transformation des nutriments. Plusieurs jours sont nécéssaires pour refrabriquer les stocks de glycogène musculaire après l'effort. - Observation : On remarque que le glycogène musculaire diminue rapidement de 160 mmol/kg à 20 mmol/kg après 3h de course. Le muscle a perdu presque tout le glycogène. En parallèle, on observe une augmentation de la fatigue ressentie par le marathonien de façon importante à partir 2h de course pour finir par un épuisement après 3 de course. - Interprétation : L»épuisement ressenti semble en relation directe avec le stock de glycogène musculaire. Lorsque celui-ci passe sous les 40 mmol/kg la fatigue augmente très rapidement. Bilan : La contraction musculaire est associée à une modification du stock de glycogène musculaire. L'oxygène consommé par l'organisme permet au cellules musculaires de transformer le glycogène en énergie afin de provoque le raccourcissement des sarcomères. 7/7