CHAPITRE 2 LA CONTRACTION MUSCULAIRE ET LA REPONSE DE L ORGANISME Les acquis du collège : les organes effectuent en permanence des échanges avec le sang ; ils y prélèvent des nutriments et du dioxygène et y rejettent des déchets comme le dioxyde de carbone. Les réactions entre le dioxygène et les nutriments libèrent de l énergie et de la chaleur. Au cours d une activité physique, le rythme respiratoire et le rythme cardiaque augmentent. Les muscles pourront ainsi prélever plus de dioxygène. Comment les besoins croissants du muscle à l effort sont couverts? Exercice : LES BESOINS DU MUSCLE ET LEUT EVOLUTION AUCOURS DE L EFFORT I L ORIGINE DE L ENERGIE NECESSAIRE AU MOUVEMENT : QUELLE EST L ORIGINE DE L ENERGIE NECESSAIRE A LA CONTRACTION MUSCULAIRE? Au cours d un exercice physique, plus la puissance développée est élevée plus la consommation de dioxygène augmente. La puissance (en Watt) = travail en joules/ unité de temps seconde Lle travail = masse en Kg X 1/3 taille en m X g en m/s 2 (g = accélération de la pesanteur 9.81) Les muscles pour réaliser leur contraction consomment de l énergie qu ils prélèvent dans les nutriments. Les nutriments sont dégradés dans les muscles en présence de dioxygène pour fournir l énergie nécessaire à la contraction musculaire, par la voie métabolique de la respiration. Au cours d un exercice musculaire croissant le sujet va d abord utiliser les acides gras du sang (dans une moindre mesure le glucose et les triglycérides musculaires) pour une puissance plus élevée il utilisera le glycogène musculaire, les acides gras du sang et les triglycérides musculaires. Pour un exercice très intense, la part du glycogène musculaire dans la fourniture d énergie sera très importante.
Remarque : Il peut donc être très intéressant de connaître la puissance d exercice à fournir afin d obtenir une consommation maximale de lipides, LIPOXmax, dans le cadre de la lutte contre l obésité. II L EFFORT ET L APPROVISIONNEMENT DU MUSCLE COMMENT LES BESOINS CROISSANTS DU MUSCLE EN DIOXYGENE ET EN ENERGIE SONT ASSURES? A- L appareil respiratoire et la recharge du sang en dioxygène Exercice les acquis de 5 ème : LE FONCTIONNEMENT DE L APPAREIL RESPIRATOIRE 1- L appareil respiratoire et l apport en dioxygène L inspiration est un phénomène actif : les muscles intercostaux, élévateurs des côtes et le diaphragme se contractent. Cela augmente le volume de la cage thoracique et crée un appel d air dans les poumons. L air des alvéoles pulmonaires est renouvelé ce qui va permettre de recharger le sang arrivant à leur niveau en dioxygène e de le débarrasser du dioxyde de carbone. Fosses nasales Nez Trachée Diaphragme Pharynx Larynx Bronche Plèvre Poumon Bronchiole Alvéole Alvéole O 2 CO 2 Capillaire
S4 LES MODIFICATIONS PHYSIOLOGIQUES A L EFFORT 2- Les modifications des paramètres respiratoires au cours de l effort Pendant l effort le débit ventilatoire augmente. Il correspond à une augmentation de la fréquence ventilatoire et du volume d air courant. La fréquence ventilatoire : nombre de cycle respiratoire / min Le volume courant : volume d air circulant dans les poumons lors d une inspiration ou d une expiration. A l effort la fréquence ventilatoire passe de 15/min à 45 /min, le volume courant peut passer de 0.5L à 3L. L augmentation de la consommation de dioxygène au cours d un exercice musculaire croissant présente une limite que l on appelle la VO 2 max. VO 2 max : C est le volume maximal de dioxygène qui peut être délivré aux muscles (ml O 2 consommé/ Kg/min). Elle correspondra à la PMA : Puissance Maximale Aérobie c'est-à-dire la performance maximale du sujet. Remarque : la VO 2 max est limitée par la fréquence cardiaque maximale : 220 âge du sujet. 3- L état de l appareil pulmonaire et les performances L absence d activité physique diminue les capacités respiratoires, l endurance et fait apparaître un essoufflement. Améliorer ses capacités respiratoires - Pratiquer une respiration abdominale qui améliore les échanges de gaz - une expiration doit être deux fois plus longue qu une inspiration - Inspirer par le nez, expirer par la bouche - Se tenir droit et relâcher ses épaules et son cou - Adapter ses performances aux conditions climatiques et de santé B- Le cœur et l effort Exercice : les acquis de 5 ème : L ORGANISATION DU CŒUR ET DE LA CIRCULATION 1- L organisation du cœur Le cœur est un muscle appelé myocarde, il est creux et est constitué de 4 cavités : 2 oreillettes et deux ventricules séparés par une cloison inter-ventriculaire. Sa contraction permet de faire circuler le sang dans l organisme. Il est propulsé hors des ventricules, pendant la systole ventriculaire, dans de gros vaisseaux aux parois musculaires, les artères, et revient vers le cœur par des vaisseaux aux parois élastiques, les veines.
Veines caves Aorte Artère pulmonaire Veine pulmonaire Oreillette gauche Oreillette droite Ventricule gauche Ventricule droit Myocarde 2-La circulation sanguine et l optimisation de la recharge Au départ du cœur, le sang est dirigé vers les poumons par l intermédiaire des artères pulmonaires, il est très appauvri en dioxygène. En ressortant des poumons, il contient la quantité maximale de dioxygène, on dit qu il est saturé en dioxygène. Il revient vers le cœur par les veines pulmonaires. Cette première boucle de circulation correspond à la circulation pulmonaire (cœur droit, artère pulmonaire, veines pulmonaires, cœur gauche). Le sang oxygéné qui transite par la partie gauche du cœur est propulsé vers les organes par l aorte et reviendra, appauvri en dioxygène, vers la partie droite du cœur par les veines caves. Cette seconde boucle de circulation se nomme la circulation générale. Cette double circulation est disposée en série. Cette disposition anatomique permet la recharge complète en dioxygène de tout le sang qui passe par le cœur.
Voir schéma dans l exercice Pour que cette double circulation soit possible, le sang circule à sens unique dans le cœur : de l oreillette droite au ventricule droit et aux artères pulmonaires ; de l oreillette gauche au ventricule gauche puis à l aorte. Cette circulation à sens unique est rendue possible par les valvules. Ce sont des replis membraneux qui isolent les oreillettes des ventricules : valvules auriculo-ventriculaires et les ventricules des artères : valvules artérielles. S4 LES MODIFICATIONS PHYSIOLOGIQUES A L EFFORT 3-Les modifications des paramètres cardiaques lors de l effort Au cours de l effort physique on observe une augmentation du débit cardiaque. Cette augmentation est possible car le débit dépend de deux paramètres la fréquence cardiaque et le volume d éjection systolique qui augmentent également. Débit cardiaque (L/min) = Fréquence cardiaque (batt/min) X Volume d éjection systolique (L/batt) A l effort la fréquence cardiaque passe de 70 Batt/min à 200 batt/min, en sachant qu on ne peut pas dépasser une fréquence cardiaque maximale = 220 âge en année. Le volume d éjection systolique passe de 70 à 140 ml à l effort. 4-Les modifications des paramètres vasculaires à l effort Les organes qui sont desservis à partir de l aorte, le sont en dérivation, les uns par rapport aux autres. Cela permet à chaque organe de recevoir un sang aux qualités identiques : teneur en dioxygène et en nutriments. Les petites artères, artérioles qui circulent dans les organes sont pourvues d une paroi musculaire, pouvant se contracter ou se relâcher. Les organes essentiels lors de l effort comme les muscles (la peau) ont des artérioles dont le diamètre augmente pendant l effort, c est la vasodilatation. Ils reçoivent ainsi un débit sanguin plus important. A l inverse, ceux dont le rôle n est pas essentiel au cours de l effort, comme les intestins, recevront un débit sanguin plus faible par vasoconstriction de leurs artérioles. Les cellules musculaires sont approvisionnées par des capillaires. Lors de l effort le nombre de capillaires fonctionnels dans le muscle augmente grâce à l ouverture de sphincters (anneaux musculaires) qui permettent le passage du sang. 5- L état de l appareil cardiovasculaire et la performance Une mauvaise alimentation peut être à l origine d une dégradation des artères par formation de plaques d athéromes. Elles résultent d une accumulation de cholestérol dans la paroi des artères. Ces plaques peuvent diminuer le débit sanguin de l organe concerné voir l interrompre. La pratique sportive doit donc être adaptée à l état de l appareil cardiovasculaire. La pratique régulière d un sport permet d améliorer l irrigation des organes, de diminuer la concentration de cholestérol et d augmenter le volume d éjection systolique.