Seconde 2/12 Thème 3 – Corps humain et santé : l’exercice physique

1 L’adaptation respiratoire à l’effort

1.1 La mesure des paramètres respiratoires Les vertébrés aériens respirent grâce à un ensemble d’organes (trachées, bronches, poumons). L’air est en permanence inspiré puis expiré. Au cours d’un exercice, des modifications affectent les phénomènes respiratoires. Ces modifications peuvent être enregistrées par un système EXAO : EXpérimentation Assistée par Ordinateur.

C Compléter le schéma du montage EXAO en rajouter les connecteurs, le sens de propagation de l’air et des différents types d’information.

L2Gj30111 Un système EXAO comprend : 1. Un certain nombre de capteurs transformant un paramètre physique mesuré en temps réel (teneur en

dioxygène de l’air, vitesse de l’air) en signal électrique (les capteurs sont des transducteurs). 2. Un dispositif transformant le signal électrique du capteur en signal informatique (transducteur spiromètre,

transducteur dioxygène) 3. Une interface formatant les signaux provenant des différents transducteurs et les transmettant à un ordinateur 4. Un ordinateur permettant l’affichage en temps réel et le traitement des données recueillies en différé.

Seconde 3/12 Thème 3 – Corps humain et santé : l’exercice physique

1.2 La capacité ventilatoire Les poumons adultes contiennent entre 5 et 7 L d’air. Cet air se trouve dans les alvéoles pulmonaires.

Re Volumes respiratoires C Commenter les variations enregistrées

L2Gj30222 Au repos, seulement 0,5L d’air sont renouvelés (volume courant) A l’exercice (ou pendant des mouvements respiratoires volontaires), il est possible :

D’inspirer entre 2 et 3 L en plus (volume de réserve inspiratoire) D’expirer entre 1,5 et 2 L en plus (volume de réserve expiratoire)

Au repos, une faible partie de la capacité respiratoire est exploitée.

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1.3 Effort et consommation de dioxygène [211.3/L2Gj30231]A l’effort, le débit ventilatoire varie :

Augmentation de la fréquence Augmentation de l’amplitude

Ces variations sont d’autant plus importantes que l’exercice est intense : elles contribuent à une ventilation plus importante. Pourquoi observe-t-on une augmentation de la fréquence respiratoire ?

Re Spirométrie I Prendre les ordonnées d’un point à la fin de chaque période, et calculer la différence avec le dernier point de la période précédente. I/C Calculer la pente de la courbe par intervalles de 30s (0,5 min.) I/C Calculer la consommation de O2 par intervalles de 30s (0,5 min.) Ra Etablir une relation entre l’effort et la consommation en dioxgène

Intervalle de temps en minutes Pente

0,5 à 1 0,008

1 à 1,5 0,015

1,5 à 2 0,029

2 à 2,5 0,037

4,3 à 4,8 0,016

Temps en minutes Volume d'O2 consommé en L

0 0

0,5 0,232

1 0,238

1,5 0,52

2 0,85

2,5 1,14

3 1,14

3,5 0,94

4 0,66

4,5 0,54

Evolution de la fréquence respiratoire et du volume d’O2 consommé en fonction du temps et de l’exercice L2Gj30211 A l’effort, la consommation de dioxygène augmente. L’absorption de dioxygène est d’autant plus importante que l’exercice est intense. [216.1b/ L2Gj30241]Chez un sujet entraîné, la consommation en dioxygène est proportionnelle à la puissance de l’exercice fourni.

Pourquoi le travail musculaire nécessite-t-il un apport en O2 supérieur ?

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1.4 Evolution des besoins en fonction de l’activité physique Les sportifs ou les personnes effectuant un travail physique intense ont des besoins alimentaires accrus.

Ra Emettez des hypothèses sur les facteurs à l’origine de la variation des besoins énergétiques individuels Re Validez les hypothèses à l’aide du logiciel Diet (Paramètres 16/170/62/37/0). C Résumez dans un tableau à double entrée les besoins énergétiques totaux/glucides/lipides/protides en fonction des hypothèses testées. Ra Quelle(s) catégorie(s) de nutriments répond-elle le plus aux besoins musculaires ?

Hypothèses

1. L’intensité de l’effort augmente le besoin énergétique 2. La durée de l’effort augmente le besoin énergétique

L2Gj30331 [L2Gj30341 ]Les besoins en nutriments varient en fonction de l’intensité et de la durée de l’effort :

1. Lors d’un effort ponctuel, le muscle utilise ses réserves en glycogène (glucide) et triglycérides (lipides) 2. Lors d’un effort modéré mais de longue durée, ce sont surtout les acides gras du sang qui seront utilisés 3. Le besoin en glucides alimentaires augmente avec l’intensité de l’exercice physique.

[209.3/ L2Gj30351 ]Le travail musculaire dégage également de l’énergie, sous forme de chaleur. Cet excédent de chaleur devra être dissipé par la transpiration.

Les besoins sont également variables en fonction de la corpulence, de l’âge et du sexe de l’individu. Le fonctionnement de l’organisme au repos (thermorégulation, fonctionnement des organes ex. cœur, reins, cerveau), nécessite une dépense énergétique minimale : c’est le métabolisme de base.

I Etudier une molécule de glucose, d’acide gras et de triglycéride avec Molécule3D Les molécules organiques sont constituées essentiellement de C, O, H et éventuellement N. Elles contiennent de l’énergie (au niveau de la liaison entre chaque atome de C et H), qui peut être libérée grâce au O2. Bilan O2 + nutriments (matière organique) énergie (travail mécanique) + chaleur

Seconde 6/12 Thème 3 – Corps humain et santé : l’exercice physique

1.5 Limites de l’adaptation physique L’organisme au cours de l’effort ne peut dépasser certaines limites physiologiques sans danger.

Ra Formuler des hypothèses pour justifier une limite à l’effort physique qu’un individu peut fournir Ra Imaginer un protocole pour mettre en évidence la limite physiologique de l’effort Re Réaliser le test de VO2max à l’aide du dispositif EXAO Re Calculer le VO2max à l’aide du tableur Excel Re Réaliser le test de VO2max d’après le [224]protocole fourni.

Le VO2max traduit la capacité maximale de l’organisme à assurer l’apport en O2 aux muscles. [207.2b/ L2Gj30442 ]Il est supérieur chez le sportif entraîné.

[206.2a/ L2Gj30441 ]Le test réel doit être effectué sous surveillance médicale.

Il est variable selon l’âge, la masse, la taille et le sexe de l’individu : 2,1 pour un sujet sédentaire, 3,5 pour un actif et 6.5 pour un athlète (en L.min-1).

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1.6 Le système cardiovasculaire Le système cardiovasculaire comprend :

1. Le cœur, constitué de 4 cavités (2 oreillettes et 2 ventricules), avec un côté droit (O+V) et gauche (O+V) ; il met en circulation le sang

2. Des vaisseaux sanguins qui apportent le sang aux différents organes (cœur compris, a. coronaires) : les artères

3. Des vaisseaux sanguins qui ramènent le sang vers le cœur : les veines. Il y a un cloisonnement parfait entre le côté droit et le côté gauche. Le cœur gauche propulse le sang vers l’ensemble des organes sauf les poumons, le cœur droit n’envoie le sang que vers les poumons : il s’agit d’une double circulation. Pour mettre le sang en mouvement, le cœur se contracte en plusieurs temps au cours de la révolution cardiaque :

L2Gf3053|L2Gj3052 La contraction des oreillettes et des ventricules propulse le sang toujours dans le même sens, [213.3a]qui est imposé par le mécanisme d’ouverture et de fermeture des valvules cardiaques :

1. Les valvules auriculo-ventriculaires (gauche = mitrale, droite = tricuspide) ne laissent passer le sang que de l’oreillette vers le ventricule

2. Les valvules sigmoïdes ne laissent passer le sang que du ventricule vers l’artère. La fermeture des valvules auriculo-ventriculaire est à l’origine du bruit cardiaque sourd, celle des valvules sigmoïdes, du bruit sec. Il existe des malformations cardiaques congénitales (dès la naissance) : tétralogie de Fallot (maladie bleue), hypoplasie du cœur gauche, canal atrio-ventriculaire, ventricule droit à double sortie. [217.2]Un surentraînement sportif, [217.3]une alimentation déséquilibrée peuvent être à l’origine de troubles cardiovasculaires (infarctus du myocarde, AVC). [L2Gj3063 ]Au cours de l’exercice, la répartition du flux sanguin est modifiée entre les différents organes :

Augmentée vers les muscles, la peau et les coronaires (vasodilatation) Diminuée vers la plupart des organes (sauf le cerveau et les reins)(vasoconstriction)

Seconde 8/12 Thème 3 – Corps humain et santé : l’exercice physique

1.7 Bilan