Thème 3 – Corps humain et santé : l’exercice physique

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1 Thème 3 – Corps humain et santé : l’exercice physique
Chapitre 1 Les bases physiologiques de l'adaptation de l'organisme à l'effort.

2 Comment l'organisme adapte-t-il l'apport en dioxygène et en nutriments des muscles au cours d'un exercice physique  ?

3 1- Des modifications de l'activité musculaire à l'effort :
1.1 L'énergie du fonctionnement musculaire est fournie par la respiration cellulaire. Au cours d'un exercice physique d'endurance (de longue durée et/ou peu intense) l'énergie musculaire est fournie par la respiration cellulaire qui nécessite du dioxygène et des nutriments et produit du dioxyde de carbone et des déchets (urée...). nutriments + O2 CO2 + déchets + énergie + chaleur Un nutriment est une substance directement assimilable par l'organisme c'est à dire qu'elle ne nécessite pas d'être digérée.

4 TP1 Bilan activité 1 : Les besoins des muscles au cours d'un effort physique.
1.2 Pour assurer la respiration le muscle prélève des nutriments et de l'O2 dans le sang. Bilan : Plus l'effort est long et/ou intense et plus la quantité de nutriments prélevée par les muscles dans le sang est grande. C'est pour cela que réaliser une activité physique régulière permet de limiter le surpoids. Néanmoins, sachant qu'un beignet apporte les nutriments consommé par 25 minutes d'exercice intense, pour limiter le surpoids et l'obésité il convient avant tout de limiter les excès alimentaire en mangeant équilibré... Doc 1 : Dosage de la quantité de nutriments contenus dans le muscle au cours d'un effort (en mg.kg-1) Début de l'effort : 4mg de lipides/glucides par kg de muscle 30 minutes d'efforts : 1mg de lipides/glucides par kg de muscle

5 TP1 Bilan activité 1 : Les besoins des muscles au cours d'un effort physique.
Le dioxygène prélevé par les muscles provient de l'air ambiant grâce à l'action conjointe des poumons et du cœur. Bilan : Plus l'effort est long et/ou intense et plus la quantité de dioxygène absorbée par l'organisme et prélevée par les muscles dans le sang est grande. Au bout de 30 minutes d'effort la quantité de dioxygène absorbée est de 3L par minute Au début de l'effort la quantité de dioxygène absorbée est d'environ 0,2L par minute

6 TP1 Bilan activité 2 : La modification du volume courant (VC), de la fréquence respiratoire (FR) et du débit ventilatoire (DV) au cours d'un effort physique. 4- En bleu une phase d'inspiration c'est à dire d'entrée d'air dans les poumons et en vert une phase d'expiration c'est à dire de sortie d'air des poumons. 5- Calcul du VC repos : (VC1+VC2)/2 soit VC repos =(0,40+0,65)/2 = 0,525L 6- La fréquence respiratoire est le nombre de cycle inspiration – expiration par minutes. Il suffit de compter le nombre de pic positif ou négatif : FRrepos = 12 cycles.min-1 7- On sait que le Débit ventilatoire = fréquence respiratoire x volume courant D'où DVrepos = 12 x 0,525 = 6,3 L.min-1 VC1 VC2

7 TP1 Bilan activité 2 : La modification du volume courant (VC), de la fréquence respiratoire (FR) et du débit ventilatoire (DV) au cours d'un effort physique. On observe que pour un effort modéré, le débit ventilatoire augmente de 67% par rapport au repos et que lors d'un effort intense, le débit ventilatoire quadruple (+300%) par rapport au repos. Cela est dû à une augmentation simultanée de la fréquence respiratoire et du volume courant à l'effort.

8 2- Des modifications de l'activité respiratoire à l'effort :
2.1 La modification du volume courant (VC), de la fréquence respiratoire (FR) et du débit ventilatoire (DV) au cours d'un effort physique. La fréquence respiratoire (FR) est le nombre de cycle inspiration-expiration par minute. Elle est d'environ 10 cycles au repos et monte jusqu'à 50 cycles à l'effort maximal. Plus l'effort est intense et plus la fréquence respiratoire augmente. Lorsque la puissance de l'effort devient supérieur aux capacités de l'individu on observe une augmentation brutale de la fréquence respiratoire – c'est l'essoufflement. Le volume courant (VC) est le volume d'air échangé par cycle par les poumons avec le milieu extérieur. Il a pour valeur 0,5L au repos et peut atteindre presque 3L à l'effort. L'augmentation conjointe, lors d'un exercice physique, du volume courant et de la fréquence respiratoire entraîne une forte augmentation du débit ventilatoire (VE) c'est à dire de la quantité d'air échangée avec le milieu extérieur par minute. Or l'air inspiré contient 20,6% d'O2 et l'air expiré de 15% (au repos) à < 2% à l'effort maximal. Donc les poumons prélèvent de l'oxygène dans le milieu extérieur pour approvisionner tout l'organisme – c'est le VO2.

9 TP1 Bilan activité 3 : La modification de l'apport en dioxygène à l'organisme au cours d'un effort physique

10 2.2 La modification de l'apport en dioxygène à l'organisme au cours d'un effort physique.
Le VO2 est le débit de dioxygène c'est à dire la quantité de dioxygène consommé par l'organisme par minute. On observe qu'il augmente de manière linéaire à l'effort (lors d'une augmentation de son intensité) jusqu'à atteindre un maximum : le VO2 max. En courant à sa VMA (Vitesse Maximale Aérobie) un individu est à son VO2 max. Cette limite de consommation de dioxygène évolue : elle peut être augmentée grâce à des entraînements et diminuée chez un fumeur (actif ou passif)

11 TP2 Bilan activité 1 : La modification de la fréquence cardiaque (FC) au cours d'un effort physique.

12 3- Des modifications de l'activité cardiaque à l'effort
L'activité cardiaque est caractérisée par trois paramètres physiologiques : le volume d'éjection systolique (v.è.s.), la fréquence cardiaque (FC) et le débit sanguin total (= débit cardiaque = DC) 3.1 La modification de la fréquence cardiaque (FC) au cours d'un effort physique. La fréquence cardiaque (FC) est le nombre de battement du cœur par minute. Au repos allongé, la fréquence cardiaque est d'environ 60 batt.min-1. Lors d'un exercice physique la fréquence cardiaque augmente jusqu'à un maximum : la fréquence cardiaque maximale (FCmax). Cette FCmax a pour valeur moyenne 220-âge de l'individu. L'augmentation de la fréquence cardiaque est proportionnelle à l'effort fourni jusqu'à une limite inférieure à FCmax. On dit que l'individu est adapté à cet effort. Au delà de cette valeur l'individu n'est plus adapté et ne pourra pas tenir l'effort sur la durée.

13 TP2 Bilan activité 2 : La modification du volume d'éjection systolique (v.è.s.) et du débit sanguin total (=débit cardiaque = DC) au cours d'un effort physique

14 3. 2 La modification du volume d'éjection systolique (v. è. s
3.2 La modification du volume d'éjection systolique (v.è.s.) et du débit sanguin total (=débit cardiaque = DC) au cours d'un effort physique. Le volume d'éjection systolique (v.é.s) est le volume éjecté du cœur par ventricule et par battement. Il a pour valeur de repos environ 60mL et pour valeur maximale 125mL. Il augmente lors d'un effort mais atteint sa limite pour une puissance d'effort plus faible que pour la fréquence cardiaque. L'augmentation conjointe, lors d'un exercice physique, du volume d'éjection systolique et de la fréquence cardiaque entraîne une forte augmentation du débit cardiaque c'est à dire de la quantité de sang sortant du cœur par l'artère aorte par minute (DS = FC x v.é.s). Ainsi à l'effort, la quantité de sang arrivant aux muscles augmente ce qui permet un apport continu et adapté à leurs besoins en nutriments et O2.

15 TP3 bilan activité 3 : La modification de la pression artérielle (PA) au cours d'un effort physique.
On observe au repos une Pression Artérielle Systolique de 125mm Hg. Pour une puissance de 50W elle passe à 140mm Hg, pour 100W à 160mm Hg, pour 150W à 180mm Hg, et pour 200W à 200mm Hg. La Pression Artérielle Diastolique ne varie pas quelque soit la puissance de l'effort, elle reste à 90 mm Hg.

16 3.3 La modification de la pression artérielle (PA) au cours d'un effort physique.
A l'effort, la pression artérielle systolique augmente. Elle correspond à la pression présente dans les artères lorsque le cœur vient d'éjecter du sang dans les ventricules. La pression artérielle diastolique ne varie pas à l'effort. On observe que plus le débit sanguin est élevé et plus la pression artérielle est forte.