Restitution organisée des connaissances

Présentez l’ensemble des modifications physiologiques d’un organisme à l’effort et montrez qu’elles contribuent à un meilleur approvisionnement en O2 des cellules musculaires.

Comme toute cellule, les cellules musculaires ont besoin d’énergie pour fonctionner. Lors d’un effort physique, le muscle a besoin de plus d’énergie. Cette énergie est fournie par la respiration cellulaire :

Glucose + O2 —> CO2 + H2O + Energie

Au cours de l’effort, le sang fournit un apport supplémentaire en dioxygène et en nutriments (glucose entre autre). animation

Les besoins accrus en O2 des cellules musculaires se traduisent par une augmentation  de la consommation en O2 à l’échelle de l’organisme.

Les besoins accrus en O2 des muscles en activité sont satisfaits grâce aux modifications du fonctionnement des systèmes circulatoire et respiratoire.

1.       Effort et modification du fonctionnement cardiaque.

Le volume de O2 consommé par l’organisme par unité de temps est donné par les concentrations en O2 du sang artériel (CaO2 ) et du sang veineux (CvO2) et le débit cardiaque (DC), selon la relation :

VO2 C    =    (CaO2 – CvO2)   X   DC           (Remarque : (CaO2 – CvO2) est la différence artério-veineuse)

(ml/min)      (ml/L de sang)       (L/min)

Lors de l’effort, l’augmentation du débit cardiaque permet donc d’accroître l’apport de O2 aux muscles en activité.

Le débit cardiaque (DC) est lié à la fréquence cardiaque (FC) et au volume d’éjection systolique (VES) par la formule suivante :

DC          =      FC      X    VES

(L/min)       (bpm)        (L /battement)

Au cours de l’effort, on observe une augmentation simultanée de la FC (max = (220 – âge)) et du VES (nous avons vu en TP qu’il peut passer de 66 ml à 130 ml).

Mais le système circulatoire est d’autant plus efficace que l’adaptation cardiaque s’accompagne d’une nouvelle distribution des débits sanguins dans les organes.

2.       Effort et modifications de la circulation périphérique.

Les organes de la circulation générale sont disposés en parallèle : le sang oxygéné se partage à chaque ramification de l’aorte vers les différents organes : ces organes reçoivent un sang qui a la même concentration en O2.  Mais au cours d’un effort physique l’augmentation du débit cardiaque ne se traduit pas par une augmentation du débit sanguin dans tous les organes :

-          Le débit sanguin augmente dans les organes impliqués dans l’effort, notamment dans les muscles ;

-          Le débit sanguin diminue dans les autres organes, sauf dans le cerveau où il reste stable.

Le débit sanguin dans un organe est réglé par l’ouverture des artérioles et des capillaires.

La paroi des artérioles contient des fibres musculaires dont le degré de contraction détermine le diamètre du vaisseau : c’est la vasomotricité.

Une diminution du diamètre, ou vasoconstriction, diminue le débit sanguin. Une augmentation du diamètre, ou vasodilatation, augmente le débit sanguin.

Au départ de certains capillaires on observe des sphincters (petits muscles circulaires) :

-          Leur contraction diminue le nombre de capillaires ouverts et donc le débit sanguin locale ;

-          Leur relâchement augmente le nombre de capillaires ouverts et donc le débit sanguin local.

L’orientation préférentielle du sang vers les muscles permet aussi d’accroître l’apport de O2 aux muscles en activité.

Lors d’un effort, les muscles en activité prélèvent davantage de O2 dans un même volume de sang. Le sang veineux est ainsi plus appauvri en O2 qu’au repos. Cela implique une prise en charge plus importante de O2 au niveau des poumons.

3.       Effort et modification de l’activité respiratoire.

Le sang arrivant aux poumons avec un plus grand débit, se sature en O2 grâce à l’augmentation du débit ventilatoire. Celle-ci permet le renouvellement de l’air alvéolaire et le maintien de sa teneur en O2, suffisante pour assurer la saturation du sang.

Le débit ventilatoire (DV) correspond au produit de la fréquence respiratoire (FR) et du volume courant (VC) :

DV     =      FR         X        VC

(L/min)      (mvts/min)      (L/mvt)

Au cours d’un exercice, l’augmentation de la FR (X 3,5) et du VC (X6) s’accompagne donc d’une augmentation de DV (X20).

C’est finalement l’augmentation combinée du débit sanguin musculaire et du débit ventilatoire qui permet d’apporter d’avantage de O2 aux muscles en activité. Il faut donc que les activités respiratoires et circulatoires soient coordonnées. Le contrôle coordonnée de ces fonctions est assuré par le système nerveux.

4.       Le contrôle nerveux des activités cardio-respiratoires.

Régulation de l’activité cardiaque : nerfs sympathiques et parasympathiques, centres nerveux bulbaires.

Au cours d’un effort, la FC est augmentée par modification des messages nerveux issus des centres nerveux cardiaques : l’activité des nerfs parasympathiques diminue ; l’activité des nerfs sympathiques augmente.

Régulation de l’activité respiratoire : nerfs et centre nerveux bulbaire respiratoires.

Au cours d’un effort l’activité des centres nerveux respiratoires augmente. Les messages nerveux circulant dans les nerfs reliés aux muscles respiratoires sont plus fréquents et plus intenses. Cela entraîne une augmentation de la FR et une augmentation de l’amplitude de contraction et donc du volume inspiré (VC).

(Corrigé : Mme Muller-Zinck, lycée J. Rostand)

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