Chap B1 l'adaptation énergétique lors de l'effort

Notre organisme est constitué de milliards de cellules qui ont besoin d’énergie pour fonctionner.

Lors de l’effort, les muscles sont davantage sollicités, ils réalisent un travail qui nécessite un apport supplémentaire d’énergie.

Objectifs : Comment l’organisme parvient-il à subvenir à ses besoins lors d’un effort physique ?

I.              Les besoins des muscles lors d’un effort

TP B1.1

Plus l’effort physique est intense plus le muscle consomme de glucose et de dioxygène. La cellule musculaire dégrade  le glucose en présence de dioxygène dans les mitochondries lors de la respiration cellulaire, pour se procurer l’énergie dont elle a besoin pour fonctionner.  

glucose  +   O₂ -->    CO₂ +   H₂O + énergie --->  contraction musculaire

                                                                                     ---> chaleur  

Suite à la digestion, l’organisme stocke les nutriments non utilisés et forment des réserves : les glucides sont stockés dans le foie et les muscles sous forme de glycogène et les acides gras sont stockés dans de tissu adipeux (graisse) sous forme de triglycérides. Ces réserves énergétiques sont utilisées par les muscles lors d’un exercice musculaire.

L’obésité est donc la conséquence d’un bilan énergétique positif : les apports énergétiques liés à l’alimentation sont supérieurs aux dépenses énergétiques de l’organisme.

L’exercice physique permet d’augmenter la consommation de nutriments et donc à lutter contre l’obésité.  Il est nécessaire aussi d’ajuster les apports alimentaires. Lors d’un exercice d’intensité modéré et de longue durée, les lipides sont la principale source d’énergie.

Il existe une limite aux performances sportives. Quand l’effort physique atteint une certaine intensité (PMA = puissance maximale aérobie), le volume d’O₂ consommé n’augmente plus : l’organisme a atteint sa consommation maximale de dioxygène ou VO₂max. Cette consommation (exprimée en ml. Kg^-1.min^-1) traduit l’effort physique limite que peut fournir l’organisme

Le VO₂max varie d’une personne à l’autre, notamment selon le sexe, l’âge et l’entrainement. Le VO₂max est un indicateur de la capacité d’un individu à réaliser un effort physique d’endurance.

II.    Effort et approvisionnement des organes.

Pour se procurer le dioxygène nécessaire à la dégradation du glucose lors d’un effort, on observe :

A.    L’ augmentation de l’activité respiratoire

TP B1.2 + film sur la respiration : https://www.reseau-canope.fr/corpus/video/la-respiration-92.html

Au cours d’un effort physique :

-         la fréquence respiratoire (nombre d’inspiration ou respiration par minute) augmente

-        le volume courant (volume d’air renouvelé à chaque inspiration ou expiration) augmente

==>  ce qui a pour conséquence d’augmenter le débit ventilatoire.

Le débit ventilatoire est  la quantité d’air qui est renouvelée chaque minute au niveau des alvéoles pulmonaires.

DV    (l.min^-1 )  =    VC ( l.resp^-1)   x       FV ( resp.min^-1)

Lors d'un effort le débit ventilatoire augmente ainsi un plus grand volume de sang est rechargé en dioxygène chaque minute.                                                                                                              

Parallèlement on observe également :

B.   L’augmentation de l’activité cardiaque

TP B1.3

Au cours d’un effort

-        la fréquence cardiaque augmente (nombre de battements par minute), il existe cependant un maximum en théorie 220 - âge.

-        le volume d’éjection systolique c’est le volume de sang éjecté par le cœur à chacune de ses contractions (systole)

-        DC (l.min^-1 )     =    VES (l.bat^-1)  x       FC (batt.min^-1)

==>  par conséquent le débit cardiaque augmente. Le débit cardiaque est la quantité de sang éjecté du cœur chaque minute. Ainsi davantage de sang irrigue les muscles par unité de temps.

Le surplus de dioxygène prélevé par les poumons suite à l’augmentation du débit ventilatoire est pris en charge par le sang grâce à l’augmentation du débit cardiaque.

C’est donc grâce à l’augmentation simultanée des débits cardiaques et respiratoires que les muscles peuvent réaliser un effort.

        III.       Modification de la circulation sanguine pendant l’effort

                     A.      Modification des débits en fonction des besoins

Au cours de l’effort,  il y a une redistribution de l'approvisionnement des organes, en sang.  Les organes n’intervenant pas dans une activité physique (app. digestif, reins…) sont moins approvisionnés, ils ont leurs débits sanguins qui diminuent au profit de ceux qui sont actifs : muscles, cœur, peau… Le cerveau conserve un débit constant quelle que soit l’intensité de l’effort.

Cette nouvelle répartition du flux sanguin entre les différents organes est possible grâce à l’ouverture, au niveau des organes très actifs, de nombreux réseaux capillaires qui étaient fermés au repos.

La somme des débits traversant les différents organes est égale au débit cardiaque et au débit respiratoire.

Ces variations de débits sont possibles grâce à la disposition des organes dans la circulation sanguine.

                    B. La double circulation du sang.

L’appareil circulatoire est composé de deux circuits disposés en série : la circulation pulmonaire et la circulation générale.

La circulation pulmonaire conduit le sang riche en dioxyde de carbone du cœur droit vers les poumons où il s’enrichit en dioxygène. Le sang oxygéné est alors ramené au cœur gauche.

La circulation générale distribue le sang riche en dioxygène depuis le cœur gauche aux différents organes et ramène le sang riche en dioxyde de carbone au cœur droit.

La disposition en série de la circulation pulmonaire et de la circulation générale permet à un même volume de sang de se charger en dioxygène dans les alvéoles pulmonaires, puis s’en décharger au niveau des organes. Ainsi la totalité du volume sanguin est rechargé en dioxygène. Le débit sanguin dans la circulation pulmonaire est égal au débit sanguin dans la circulation générale

Les organes sont disposés en dérivation dans la circulation générale.

Le sang arrive aux différents organes par des artères qui se ramifient en artérioles avant de circuler dans un réseau de capillaires atteignant toutes les cellules. Il repart vers la circulation générale par des veinules et des veines. Ainsi le sang qui arrive à chaque organe provient directement du ventricule gauche et n’a réalisé aucun échange sur son trajet ; le sang sortant de l’organe revient directement à l’oreillette droite. La part du débit distribuée à chaque organe peut varier en fonction de son activité.

                    C. Le cœur

     Schéma du coeur

Le cœur est un muscle creux (myocarde) séparé par une cloison longitudinale en deux parties totalement indépendantes.

Chacune des deux parties est formée de deux cavités : une oreillette surmontant le ventricule

Les oreillettes reçoivent du sang provenant des veines alors que les ventricules expédient le sang qu’ils contiennent dans les artères.

La circulation intracardiaque se fait dans un seul sens grâce à des valvules qui empêchent le sang de revenir en arrière.

La diastole est la phase de relâchement du cœur alors que la systole est la phase de contraction du cœur.

            Conclusion

Le couplage des modifications des échanges respiratoires, de l’activité cardiaque et de la circulation sanguine permet un apport accru en O₂ et de nutriments aux muscles lors d’un effort physique. Les besoins énergétiques accrus des muscles sont alors couverts. Un bon état cardio-vasculaire et ventilatoire est indispensable à la pratique d’un exercice physique.