Fonctionnement de l'organisme et activité physique


PLAN DU COURS

I - Évolution des besoins d'un muscle entre le repos et l'effort 

II - Effort physique et variations du débit ventilatoire

III - Effort physique et variations du débit cardiaque

IV - Relations entre l'activité cardiaque, l'apport en dioxygène et la double circulation


L’Homme, pour vivre, a besoin de se nourrir; cela fait appel  à différentes fonction comme l'alimentation, la respiration et la circulation et l'excrétion.

 

Ces fonctions se déroulent en permanence dans l'organisme et doivent être coordonnées.

 

Au collège vous avez étudié le corps humain et le fonctionnement des principaux organes dont les muscles. Vous avez mis en évidence que l'effort physique entraine des modifications du corps comme une respiration plus rapide et intense, une sudation importante, un pouls plus rapide, un échauffement des muscles... le schéma ci-dessous détaille les besoins du muscle pour fonctionner.

Source: https://sciencesdelavieetdelaterre93.wordpress.com
Source: https://sciencesdelavieetdelaterre93.wordpress.com

 

Dans le chapitre sur l'unité structurale, chimique et fonctionnelle du vivant de seconde nous avons prouvé la présence du métabolisme au niveau de chaque cellule (il s'agit de l'unité fonctionnelle du vivant). Par exemple la respiration cellulaire a lieu, chez les eucaryotes, au niveau des mitochondries. C'est à ce niveau que le dioxygène est utilisé comme comburant pour le glucose pour créer de l'énergie (l'ATP) nécessaire au fonctionnement de la cellule. Cela crée des déchets : le CO2, de l'eau et de la chaleur (voir schéma ci-dessus).

 

I - Évolution des besoins d'un muscle entre le repos et l'effort

 

Lors d'un effort physique, le fonctionnement de l'organisme est modifié. Essoufflements, palpitations, fatigue sont les signes qui indiquent que tout l'organisme est mis à contribution. La pratique d'une activité physique nécessite une bonne santé générale. Ce sont les muscles qui sont sollicités pour réaliser les mouvements indispensables à la pratique de toutes

activités sportives.

Structure à différente échelle d'un muscle. Le muscle est constitué de cellules contractiles.
Structure à différente échelle d'un muscle. Le muscle est constitué de cellules contractiles.

Le muscle en activité (donc les cellules musculaires), utilisent la respiration cellulaire pour créer de l'énergie à partir des glucides (glucose) et du dioxygène pour permettre de produire de l'énergie mécanique nécessaire à la contraction musculaire et donc au travail musculaire. Une partie de l'énergie des nutriments est perdue sous forme de chaleur (c'est pourquoi on a chaud en EPS). L'activité des cellules musculaires produit des déchets, comme le dioxyde de carbone, qui sont éliminés par l'organisme (voir schéma ci-dessus).

La dépense énergétique

Les besoins énergétiques quotidiens d'un individu correspondent :

- au métabolisme de base (= énergie nécessaire au fonctions vitales: circulation, respiration, fonctions cérébrales, excrétion...)

- aux autres dépenses variables souvent liées aux activités physiques

 

La dépense énergétique s'évalue en kilojoules (kJ) ou en kilocalories (kcal) avec comme conversion : 1 cal = 4,18 J.

Des débits sanguins variables suivant l'activité physique. Source : SVT seconde Hachette
Des débits sanguins variables suivant l'activité physique. Source : SVT seconde Hachette

 

La fréquence cardiaque

 

Le rythme cardiaque (ou fréquence cardiaque) peut être facilement mesuré:

- en posant la main sur sa poitrine,

- en appuyant son index et majeur simultanément au niveau du poignet ou de l'artère carotide du cou

- en utilisant un stéthoscope

- ou en utilisant un cardio-fréquencemètre du commerce.

 

Le protocole à suivre est simple : on cherche à entendre les bruits de systole du coeur (voir schéma et définition ci-dessous) :

1) Se familiariser avec le stéthoscope pour éviter de fausser les résultats:

- temps de mesure 1min

- écouter : lors du premier bruit (boom) entendu (le sang passe) il correspond à la pression systolique

- le bruit réapparait (boom), il indique l’éjection minimale (diastolique) de sang par le cœur. Chaque boomboom compte pour 2 battements.

 

2) Mesure au repos

 -faire la mesure assis, au repos, pendant 1 minutes

 

3) Mesure à l’effort

- faire la mesure après après l’effort (30 flexions rapides)

 

Définitions :

- la diastole est la période au cours de laquelle le cœur se relâche après s'être contracté : les cavités du cœur se remplissent de sang provenant des organes

- la systole est la contraction des cavités du cœur : le sang est éjecté des ventricules vers les organes.

 

Le tableau ci-dessous donne les résultats des mesures effectuées :

Tableau de résultats

Repos Effort
 

Fréquence cardiaque mesurée

60 120

Volume d’éjection systolique (mL/battement) donné dans l’énoncé

40 120

Débit cardiaque (mL/min) à calculer

4500

(= 4,5L/min)

14 400

(= 14,4L/min)

Analyse des résultats :

j’observe qu’au repos la fréquence cardiaque est d’environ 60 battements par minutes alors qu’en activité elle double jusqu’à 120 battements par minutes (en moyenne).

 

Je conclus que le rythme cardiaque accélère (double) entre le repos et l’activité. Cela permet aux muscles de recevoir davantage de sang (or je sais que le sang contient les nutriments et le dioxygène nécessaire aux muscles) et donc de fonctionner plus vite pour effectuer l’effort demandé.

 

La VO2 max

Le texte ci-dessous détaille la notion de VO2 max.

La VO2max correspond à la consommation maximale en dioxygène utilisée par les muscles d’une personne en une minute pour produire de l’énergie.

La VO2 max est exprimée soit en litres d’oxygène par minute (L/min), soit rapportée à l’unité de masse corporelle en ml/min/kg. La seconde permet de mieux analyser le résultat du VO2max.

 

Plus la VO2 max est élevée, meilleure sera la performance. Mais la VO2max n’est pas le seul paramètre qui rentre en compte pour la performance (il y a par exemple la génétique, le rendement énergétique des cellules musculaires, le maintien de VO2 max sur le long terme, les facteurs psychologiques...).

Les graphiques ci-dessus détaillent la VO2 max d'un homme sédentaire (à gauche) et d'un cycliste professionnel (à droite). On remarque immédiatement que l'homme sédentaire à une VO2 max limitée à 3,8L/min alors que le cycliste professionnel peut consommer jusqu'à 5,3L/min de O2. Ceci est en lien avec la puissance de l'effort demandée à ces 2 personnes : en effet plus l'effort physique est intense et plus l'apport d'énergie aux muscles doit être important et donc plus le volume d'O2 consommé (= VO2) augmente.

On peut conclure que le niveau de performance et la consommation de dioxygène sont liés : plus la VO2max d'un individu est élevée et plus son niveau de performance en endurance sera grand.

Mesure de la VO2max sur un dispositif moderne de la mesure des échanges gazeux durant un exercice sur tapis roulant. Source : wikipédia.
Mesure de la VO2max sur un dispositif moderne de la mesure des échanges gazeux durant un exercice sur tapis roulant. Source : wikipédia.

 

Ce matériel n'étant pas disponible au lycée, nous utilisons une console ExAO et le logiciel "Atelier scientifique".

 

Interface du logiciel "Atelier scientifique" de Jeulin utilisé pour effectuer la mesure de la VO2max chez des élèves.
Interface du logiciel "Atelier scientifique" de Jeulin utilisé pour effectuer la mesure de la VO2max chez des élèves.

 

Les courbes suivantes détaillent les résultats :

Evolution de la VO2 max au repos (courbe rose), à l'effort (jaune) et après récupération (bleu) mesurée chez une élève du lycée Jean Jaurès de Saint Clément de Rivière.
Evolution de la VO2 max au repos (courbe rose), à l'effort (jaune) et après récupération (bleu) mesurée chez une élève du lycée Jean Jaurès de Saint Clément de Rivière.

 

Les analyses de la  VO2 max chez la femme montrent une variation entre 25 et 70 ml/kg/min selon le niveau alors que chez l’homme elle est de 30 à 90 ml/kg/min. Cette différence de VO2max est due en partie à un taux en hémoglobine plus faible chez la femme que chez l'homme: ainsi l'homme ayant plus d'hémoglobine transportera plus de O2 dans son sang et obtiendra une meilleure VO2 max.

Pour des non-sportifs, les valeurs moyennes mesurées sont les suivantes (en ml/min/kg) :

                                         
Valeurs de VO2 max pour un non-sportif. Source: http://www.lepape-info.com
Valeurs de VO2 max pour un non-sportif. Source: http://www.lepape-info.com

Alors que pour des sportifs nous obtiendront suivant leur niveau :

  • de 30 à 40ml/min/kg : niveau moyen
  • de 40 à 50ml/min/kg : niveau départemental
  • de 50 à 60ml/min/kg : niveau régional
  • 60 à 70ml/min/kg : niveau national
  • de 70 à 80ml/min/kg : niveau international
  • supérieure à 80ml/min/kg : niveau élite d’exception
Effet de l'entrainement sur la VO2max. Source : internet ?
Effet de l'entrainement sur la VO2max. Source : internet ?

J'observe sur ce graphique que :

- la personne en février 1994 a une VO2max d'environ 3,8L/min (courbe à carrés)

- la même personne, après un entrainement important, a une VO2 max d'environ 5L/min en février 2000.

Je conclus que les 6 années d'entrainement ont permis à l'individu d'améliorer son endurance en lui permettant d'augmenter sa VO2 max de 1,2 L/min.

 

La fréquence respiratoire

Le graphique ci-dessous détaille le volume d'air inspiré au cours du repos, d'un effort modéré et d'un effort intense chez un lycéen.

Variation du débit ventilatoire entre le repos et l'effort physique. Source : modifié de BELIN SVT p220.
Variation du débit ventilatoire entre le repos et l'effort physique. Source : modifié de BELIN SVT p220.

J'observe qu'au cours d'une activité physique, l'activité ventilatoire des poumons augmente (rappel de 5ème sur les poumons). A l'aide d'un dispositif ExAO (non réalisé en classe en 2016) il est très facile d'obtenir le volume d'air inspiré en fonction de l'intensité de l'effort et ainsi de prouver cette observation scientifiquement.

Je conclus qu'entre le repos et l'effort physique intense l'activité ventilatoire des poumons augmente pour permettre un approvisionnement plus rapide en dioxygène à tous les muscles. Cela se traduit, sur la courbe, par une augmentation du volume d'air inspiré: on passe d'environ 0,3L/min inspiré et expiré au repos à presque 1L/min en activité intense.

 

 

BILAN

 L'organisme dépense en permanence de l'énergie. Une part de cette énergie est utilisée par le métabolisme de base (respiration, battements cardiaques...). Cette énergie est incompressible. A cette dépense d'énergie s'ajoute celle du maintien de la température et des activités physiques (courses, marche...).

 

Lors d'un effort physique, les muscles se contractent plus fortement et à plus grande fréquence. Ils dépensent donc plus d'énergie. Ainsi, pendant l'effort physique, un certain nombre de paramètres (= valeurs mesurables) augmentent comme:

- la fréquence cardiaque mesurée en battements par minute (via la prise du pouls et un chronomètre)

- la fréquence respiratoire mesurée en cycles par minute (via un montage ExAO)

- la consommation de dioxygène en millilitres par litre de sang (via un montage ExAO).

 

L'entrainement permet d'augmenter l'endurance d'une personne en augmentant sa VO2 max.

 

Nous venons de mettre en évidence les modifications cardiaques et respiratoires de l'organisme face à un effort physique. Nous allons détailler ces 2 aspects dans la suite du cours.

 

II - Effort physique et variations du débit ventilatoire

 

Le logiciel Pulmo (voir lien) permet de comprendre facilement l'entrée et la sortie de l'air de nos poumons.

Un mouvement ventilatoire correspond à une inspiration suivie d'une expiration. Ce sont les variations du volume de la cage thoracique qui entrainent passivement une variation du volume des poumons et permet de:

- faire entrer l'air (inspiration) lorsque les côtes se soulèvent et que le diaphragme s'abaisse,

- faire sortir l'air lorsque les côtes s'abaissent et que le diaphragme se soulève.

Mouvement ventilatoire chez l'Homme.
Mouvement ventilatoire chez l'Homme.

 

Chez l'Homme l'appareil respiratoire est assez simple. Il est constitué des éléments suivants :

Les schémas ci-dessous détaillent les échanges gazeux respiratoires entre l'alvéole et le sang du capillaire. Le sang provenant des organes (donc riches en CO2 et pauvre en O2) passe à proximité de la paroi de l'alvéole dans un capillaire sanguin. La paroi du capillaire étant très fine comme celle de la paroi alvéolaire, le CO2 diffuse vers l'air alvéolaire et sera expiré : le sang est ainsi débarrassé du CO2. Le O2 suit le chemin inverse ce qui permet d'oxygéner le sang qui sort des poumons et va vers les organes :

 

Echanges gazeux respiratoires au niveau des alvéoles pulmonaires. SOurce : modifié de PAP.
Echanges gazeux respiratoires au niveau des alvéoles pulmonaires. SOurce : modifié de PAP.

Le débit ventilatoire* est lié à l'effort physique (voir graphique ci-dessous) : plus la puissance (barres bleues) de l'effort effectué est importante et plus le débit ventilatoire (courbe violette) augmente.

La valeur de base du débit ventilatoire est d'environ 10L/min mais elle peut monter à 60 L/min en activité intense.

* débit respiratoire : c'est le volume d'air circulant dans les poumons durant un temps donné.

 débit ventilatoire : volume d'air courant X fréquence respiratoire (nombre de cycles par minute) en L/min

 

Le volume pulmonaire correspond aux volumes d'air mobilisés par les poumons au moment de la respiration qui comprend l'expiration (rejet de l'air vers l'extérieur des poumons) et l'inspiration (pénétration de l'air de l'extérieur vers l'intérieur des poumons). Parmi les volumes d'air mobilisés certains doivent être connus :

 

Volumes d'air mobilisés par des poumons humains. Source : ?
Volumes d'air mobilisés par des poumons humains. Source : ?
Oxygénation du sang et élimination du CO2 (gaz carbonique) au niveau des poumons. Source : ?
Oxygénation du sang et élimination du CO2 (gaz carbonique) au niveau des poumons. Source : ?
Schéma-bilan de la circulation sanguine entre les poumons et les muscles. Source : modifié de S.Plowman et al.
Schéma-bilan de la circulation sanguine entre les poumons et les muscles. Source : modifié de S.Plowman et al.

 

BILAN

 

Lors d'une activité physique la respiration cellulaire permet la libération de l'énergie contenue dans les nutriments. En présence de nutriments puisés dans le sang et de dioxygène provenant des poumons, les nutriments sont oxydés et produisent de l'énergie (ATP) utilisable par les muscles.

L'augmentation de l'activité musculaire est liée à une augmentation du volume de dioxygène consommé grâce à une augmentation de la fréquence respiratoire.

Le corps effectue davantage de cycles respiratoires par minutes pour permettre un prélèvement plus important de dioxygène par les muscles.

III - Effort physique et variations du débit cardiaque

 

Au cours d'un effort physique la ventilation pulmonaire n'est pas la seul à être modifiée : c'est aussi le cas de l'activité cardiaque.

 

Il est très facile de mesurer la fréquence (= rythme) cardiaque en suivant le protocole suivant :

- mettre le bandeau autour du bras, en positionnant le stéthoscope sur les artères au niveau de la pliure du bras

- fermer la petite vis du gonfleur

- mettre le stéthoscope ds les oreilles

- gonfler le brassard avec la pompe jusqu’à environ 180mm Hg (= mercure)

- puis écouter : lors du premier bruit entendu (le sang passe) : noter la valeur de pression : elle correspond à la pression systolique

- puis lorsque le bruit disparaît, la valeur indique la pression minimale (diastolique).

 

Faire la mesure au repos puis la réitérer après l’effort modéré (30 flexions) puis intense (60 flexions). Les résultats sont donnés dans le diagramme ci-dessous :

Evolution de la pression artérielle lors d'un effort. Source : HAchette SVT 2010 p208.
Evolution de la pression artérielle lors d'un effort. Source : HAchette SVT 2010 p208.

On observe que la pression artérielle systolique* (sang sortant du cœur) augmente lors d’un effort (car plus de sang est éjecté par le cœur) mais que la pression diastolique* reste constante.

* la systole correspond à la contraction des ventricules cardiaques

*la diastole correspond à décontraction du cœur et au remplissage des cavités cardiaques.

 

 

On peut se demander quelles sont les modifications circulatoires qui vont permettre que les muscles reçoivent plus d’O2 lors d’un effort ?

 

 

Étudions d'abord la vascularisation du corps puisque c'est par les vaisseaux sanguins que le sang circule et fait le lien avec tous les organes et toutes les cellules de l'organisme.

Schéma simplifié de la circuation sanguine. Source : M.Clerc.
Schéma simplifié de la circuation sanguine. Source : M.Clerc.

 

Si on prend du recul sur ce schéma on observe 2 circulations dans ce schéma :

- une circulation en série entre le cœur droit ==> poumon ==> cœur gauche qui correspond à la petite circulation (= circulation pulmonaire).

- une position en parallèle  des autres organes au sein de la grande circulation (= circulation générale).

 

Si on suit en détails un vaisseau on se rend compte que les organes sont irrigués en série. Exemple : cœur droit ==> poumons ==> cœur gauche ==> cerveau. Idem si on descend vers les muscles, le muscle cardiaque ou les autres organes. Il s'agit donc d'une circulation en série entre la circulation pulmonaire et la circulation générale ! On peut donc annoter le schéma précédent :

 

 

Le sang envoyé aux poumons par le cœur droit est toujours pauvre en dioxygène et d'autant plus pauvre que l'effort physique est intense. Au niveau des poumons il y est ré-oxygéné et sort des poumons saturé en dioxygène. Ainsi, l'augmentation du débit ventilatoire lors d'un effort et la disposition en série de la circulation pulmonaire  et de la circulation générale permet de recharger tout le sang passant par les poumons quel que soit l'effort fourni !

 

Outre l'augmentation du débit sanguin total (par une augmentation de la fréquence cardiaque à l'effort) l'effort physique entraine une redistribution du sang entre les différents organes (voir schéma ci-dessous) :

 

Débit sanguin au niveau des principaux organes entre le repos et l'effort.
Débit sanguin au niveau des principaux organes entre le repos et l'effort.

 

On observe sur ce diagramme (ci-dessus) que certains organes comme le cœur, la peau mais surtout les muscles voient leur débit sanguin augmenter (X13 pour les muscles) à l'effort. Au contraire d'autres organes voient leur débit sanguin diminuer à l'effort (cas des reins pour éviter une trop forte production d'urine qui pourrait diminuer l'efficacité de la course en cas de fuite).

 

S'il existe une répartition différente du sang entre le repos et l'effort c'est que l'artère aorte se ramifie en de nombreuses artères et artérioles et permet une redistribution précise du débit sanguin (localement). Ainsi, à l'effort, les organes n'intervenant pas dans l'activité physique (rein, appareil digestif...) voient leur débit sanguin diminuer au profit des muscles (contraction musculaire) et de la peau (évacuation de la chaleur). Dans le cas ou la redistribution vasculaire est trop importante, des maux de ventre, ou de dos peuvent apparaitre chez l'athlète à cause d'un "vol vasculaire" des muscles aux dépends des intestins et des reins (voir texte ci-dessous).

 

"Vol vasculaire" au cours d'un effort d'endurance. Source : Bordas 2013 p203.
"Vol vasculaire" au cours d'un effort d'endurance. Source : Bordas 2013 p203.

Mais comment cette redistribution du débit sanguin est-elle possible ?

 

Pour que la redistribution du sang aux organes impliqués dans l'effort physique soit possible le sang doit être redirigé vers ces organes. Lorsqu'on observe en détail au microscope des muscles ou les viscères (intestins...) on observe des muscles lisses répartis à des endroits stratégiques et permettant de réguler la circulation sanguin (voir photo ci-dessous) :

Coupe transversale d'une portion de la paroi d'une artère. Source : M.Clerc.
Coupe transversale d'une portion de la paroi d'une artère. Source : M.Clerc.

La redistribution sanguin est ainsi possible par l'ouverture (ou la fermeture) de nombreux capillaires grâce à des muscles lisse qui laissent passer (ou pas) le flux sanguin.

 

A cela s'ajoute la capacité des vaisseaux sanguins (surtout les artères)  qui peuvent faire varier leur diamètre et l'augmenter lors d'un effort pour augmenter le débit sanguin aux muscles par exemple (ou au contraire réduire leur diamètre pour moins irriguer les muscles au repos).

Cela est rendu possible par la présence de fibres musculaires lisses dans la paroi des artères (la média) et de fibre d'élastine et de collagène qui permettent le grandissement du diamètre de l'artère et leur élasticité (voir microphotographie ci-dessous).

Irrigation des muscles actifs (à gauche) et inactifs (à droite) à l'effort.
Irrigation des muscles actifs (à gauche) et inactifs (à droite) à l'effort.

Cette variation du débit sanguin est contrôlée par les variations du diamètre des artérioles qui irriguent les organes :

• Il y a vasodilatation lorsque les muscles lisses de la média se relâchent et permettent l'augmentation du diamètre des artérioles.

• Il y a vasoconstriction lorsque ces mêmes muscles lisses se contractent et diminuent le diamètre de l'artériole.

Diamètre normal et vasoconstriction d'une artère par  contraction des muscles lisses de la média des artères. Source : ?
Diamètre normal et vasoconstriction d'une artère par contraction des muscles lisses de la média des artères. Source : ?

 

Et voici un schéma tiré de l'excellent livre de Campbell pour comprendre la structure des artères et des veines :

 

Schéma de la structure d'une artère et d'un veine (comparaison). Source : Campbell et al.
Schéma de la structure d'une artère et d'un veine (comparaison). Source : Campbell et al.

BILAN

Plus l’effort physique est important et plus l’apport d’énergie au muscle doit être important et plus le volume d’O2 consommé est important.

Toutefois quand l’effort physique atteint une intensité importante (et variable suivant les individus), le volume d’O2 consommé n’augmente plus : l’organisme a atteint sa consommation maximale de dioxygène appelée VO2 max. Cela se traduit par l’effort physique maximal que peut fournir l’organisme.

La VO2 max varie d’une personne à l’autre, selon le sexe, l’âge, et l’entrainement.

 

IV - Relations entre l'activité cardiaque, l'apport en dioxygène, la double circulation et la pression artérielle

 

Le lien entre les différents organes est rendu possible par le sang. Le sang est un tissu liquide composé de cellules (globules rouges, globules blancs, plaquettes) et de molécules circulantes (nutriments, déchets...). Le sang permet de transporter les différents éléments nécessaires aux organes :

- le dioxygène (O2) lié à l'hème de fer présent dans les globules rouges (un globule rouge peut transporter environ 1 milliard de molécules O2 à la fois)

- les nutriments (glucides, lipides, protéines...) sous forme libre dans le sang

- les déchets (urée, CO2, acide lactique...) qui doivent éliminés par les poumons, les reins ou le foie.

 

Mais le sang doit être propulsé au travers des vaisseaux sanguins pour circuler. Il existe donc une pompe qui met le sang en mouvement : c'est le cœur.

Nous savons depuis le collège que le sang sort du cœur par des artères qui se ramifient ensuite en artérioles alimentant un réseau de capillaires au sein de tous les organes. Ces capillaires se rassemblent ensuite en veinules

puis veines qui ramènent le sang au cœur.

 

Nous savons aussi que la circulation sanguine comporte deux circuits :

- la circulation pulmonaire, ou « petite circulation », qui conduit le sang du ventricule droit à l’oreillette gauche, en passant par les poumons ;

- la circulation générale, ou « grande circulation », qui conduit le sang du ventricule gauche à l’oreillette droite, en irriguant l’ensemble des organes du corps à l’exception des poumons.

Ces deux circuits sont placés « en série » puisque tout le sang ayant parcouru le premier parcourt ensuite le second.

 

La pression artérielle (ou tension), correspond à la force qu’exerce le sang sur la paroi interne des artères. La pression artérielle est maximale lors de la systole ventriculaire et minimale au moment de la diastole. Elle dépend donc directement du débit cardiaque (voir ci-dessous) :

 

Relation entre la fréquence cardiaque et la pression artérille lors d'un effort physique. Source : cliquer sur l'image.
Relation entre la fréquence cardiaque et la pression artérille lors d'un effort physique. Source : cliquer sur l'image.

Ainsi, plus la fréquence cardiaque est élevée, plus la pression artérielle est importante.

 

 

 

 

L'anatomie externe du cœur

 

Le schéma suivant décrit brièvement l'anatomie cardiaque qui doit être connue des lycéens :

 

Anatomie externe du coeur de l'Homme. Source : ?
Anatomie externe du coeur de l'Homme. Source : ?
Schéma plus détaillé de l'anatomie externe du coeur. Source :
Schéma plus détaillé de l'anatomie externe du coeur. Source :

 

L'organisation interne du cœur

Organisation interne du coeur après dissection. Source : ?
Organisation interne du coeur après dissection. Source : ?

 

Récapitulatif de la circulation générale et pulmonaire dans l'organisme :

 

Schéma simplifié de la circulation sanguine. Source : modifié de Campbell et Rice.
Schéma simplifié de la circulation sanguine. Source : modifié de Campbell et Rice.

BILAN

Le sang est mis en mouvement par le cœur, muscle creux divisé en deux parties, le cœur droit et le cœur gauche, qui ne communiquent pas directement entre elles. Chacune de ces parties est divisée en deux cavités : une oreillette et un ventricule. Le sang arrive dans les oreillettes par des veines, il quitte les ventricules par des artères. L’organisation interne du

cœur et la contraction successive des oreillettes et des ventricules sont responsables de la circulation à sens unique du sang :

- les valvules auriculo-ventriculaires situées entre les oreillettes et les ventricules ne laissent passer le sang que dans le sens oreillette vers ventricule

- les valvules artérielles (= sigmoïdes) situées à la sortie des ventricules, ne permettent l’écoulement du sang que des ventricules vers les artères. 

Le fonctionnement des parties droite et gauche du cœur est parfaitement synchrone. Au cours de la révolution cardiaque, la même suite de phénomènes se reproduit régulièrement à un rythme d’environ 70 battements par minute au repos :

- la systole auriculaire ou contraction des oreillettes, qui dure 1/10e de seconde, chasse le sang des oreillettes dans les ventricules ;

- la systole ventriculaire ou contraction des ventricules, qui dure 3/10e de seconde, expulse le sang des ventricules dans les artères, les valvules auriculo-ventriculaires étant fermées ;

 

L'ESSENTIEL :

Les cellules musculaires prélèvent dans le sang le dioxygène et les nutriments dont elles ont besoin mais ces besoins sont considérablement accrus au cours d’un effort physique. Les activités cardiaque et respiratoire doivent alors augmenter de façon synchronisée pour s’adapter à ces besoins accrus.
L’augmentation de la ventilation pulmonaire par accélération du rythme respiratoire et augmentation du volume courant permet de maintenir dans l’air alvéolaire une pression en dioxygène suffisante pour assurer la saturation du sang qui sort des poumons.
L’augmentation du débit cardiaque par accroissement du rythme et du volume d’éjection systolique permet d’apporter ce dioxygène aux muscles en activité.
La disposition en série des circulations pulmonaire et générale permet, au niveau des poumons, la recharge en dioxygène de l’ensemble du volume sanguin.
La disposition en parallèle de l’irrigation des différents organes permet une redistribution des flux sanguins et un apport préférentiel de dioxygène aux muscles en activité.
Le maintien de la saturation en dioxygène du sang artériel nécessite une variation simultanée des activités cardiaque et respiratoire. Le chapitre suivant explique comment ces variations sont synchronisées.


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