Modification physiologique au cours de l'effort/L’apport de nutriments et de dioxygène aux muscles

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Les modifications cardiaques pendant l’effort

Lors d’un effort, des modifications liées à l’activité cardiaque sont mesurables à l’aide d’un tensiomètre. Cet appareil permet de mesurer les variations de pression artérielle (PA) et de fréquence cardiaque (FC), en battements par minute.

Au cours de l’effort physique, le débit cardiaque (DC), en litres par minute, peut passer de 5 litres par minute à 20 litres par minute grâce à

• une augmentation de la FC, de 70 battements au repos à 200 à l’effort.
• une augmentation du volume d’éjection systolique (VES), en litres par battement, c’est-à-dire le volume de sang éjecté à chaque contraction, qui peut être doublé lors un effort intense

$DC=VES\times FC$

ainsi qu'une augmentation de la pression artérielle en fonction de la résistance artérielle systémique (RAS), qui est normalement constante :

$PA=VES\times RAS$

L’organisation anatomique du cœur va ainsi permettre ces modifications. Le cœur est un muscle creux et il possède :

• des valvules qui imposent un sens unique à la circulation du sang
• une cloison qui évite la communication sanguine entre les deux parties droite et gauche du cœur
• la double circulation en série de la circulation pulmonaire (cœur-poumons) et de la circulation générale (cœur-organes) entraine un approvisionnement du sang en dioxygène avant de revenir au niveau des muscles et des organes

Au cours d’un effort physique, le muscle a besoin de dioxygène, circulation sanguine : le muscle a besoin de plus de sang. Il y a donc une augmentation de la FC et le VES qui conduit une augmentation du DC.

L’augmentation de la ventilation pulmonaire pendant l’effort

Au cours d’un effort physique, la fréquence ventilatoire (FV) et le volume courant (VC) augmentent. Ainsi le débit ventilatoire (DV), qui correspond au volume d’air renouvelé dans les poumons s'accroît.

$DV=FV\times VC$

Le passage du dioxygène dans le sang se réalise dans les alvéoles pulmonaires.

À ce niveau, l’air est réparé du sang par la paroi dans les alvéoles et la paroi des capillaires sanguins qui forment une vaste surface d’échange très fine (70 cm² pour une épaisseur de 2 mm).

Les modifications circulatoires pendant l’effort

Dans la circulation générale, le sang circule simultanément dans les différents organes : on parle de circulation en parallèle. Grâce à cette organisation anatomique et à l’existence de petites fibres, musculaires faisant varier le nombre de capillaires qui irriguent chaque organe, la répartition du débit est modifié lors d’un effort physique : les muscles reçoivent beaucoup plus de sang qu’au repos, alors que d’autres organes en recevant moins.

Réserves de nutriments dans le corps humain

Évolution de la quantité de nutriments dans le sang irriguant les muscles au repos et durant une activité physique

Sang (100 mL)		Muscle au repos	Muscle en activité
Sang entrant	Glucose (mg)	90
	Dioxygène (mL)	20
	Dioxyde de carbone (mL)	49
Sang sortant	Glucose (mg)	80	50
	Dioxygène (mL)	15	11
	Dioxyde de carbone (mL)	54	58

En moyenne :

• 1 g de glucides fournit 17,8 kJ (4,3 kcal) pour 0,8 L d'O₂ consommé.
• 1 g de lipides fournit 40 kJ (9,6 kcal) pour 2,04 L d'O₂ consommés.