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Chapitre N°6 - Des modifications physiologiques à l'effort - Sciences de la Vie et de la Terre (SVT) en Classe de seconde

Chapitre N°6 - Des modifications physiologiques à l'effort - Sciences de la Vie et de la Terre (SVT) en Classe de seconde





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

La connaissance du corps et de son fonctionnement est indispensable pour pratiquer un exercice physique dans des conditions compatibles avec la santé. Cela passe par la compréhension des effets physiologiques de l’effort et de ses mécanismes dont on étudie ici un petit nombre d’aspects.

Des modifications physiologiques à l’effort

Connaissances:
  • Au cours d’un exercice long et/ou peu intense, l’énergie est fournie par la respiration, qui utilise le dioxygène et les nutriments.
  • L’effort physique augmente la consommation de dioxygène :
    • plus l’effort est intense, plus la consommation de dioxygène augmente ;
    • il y a une limite à la consommation de dioxygène.
  • La consommation de nutriments dépend aussi de l’effort fourni. L’exercice physique est un des facteurs qui aident à lutter contre l’obésité.
  • Objectifs et mots clés. VO2, VO2max.
  • (Collège. Nutriments et dioxygène libèrent de l’énergie utilisable pour le fonctionnement des organes. Réactions de l’organisme à l’effort).
  • [Limites. Aucune étude n’est conduite à l’échelle cellulaire.]
  • Convergences. Mathématiques : fonctions, tableur.
  • Au cours de l’effort un certain nombre de paramètres physiologiques sont modifiés : fréquence cardiaque, volume d’éjection systolique (et donc débit cardiaque) ; fréquence ventilatoire et volume courant (et donc débit ventilatoire) ; pression artérielle.
  • Ces modifications physiologiques permettent un meilleur approvisionnement des muscles en dioxygène et en nutriments. L’organisation anatomique facilite cet apport privilégié.
  • Un bon état cardiovasculaire et ventilatoire est indispensable à la pratique d’un exercice physique.
  • Objectifs et mots clés. Cœur, artère, veine, capillaire, pression artérielle, double circulation en série, circulation générale en parallèle.
  • (Collège. Modifications des fréquences cardiaque et ventilatoire à l’effort ; besoin du muscle en dioxygène et nutriments ; bases anatomiques.)
  • [Limites. L’étude anatomique se limite à celle du cœur et de l’organisation générale de la circulation. Aucune étude histologique n’est attendue.]
  • Convergences. EPS, sciences physiques.
Capacités et attitudes:
  • Concevoir et/ou mettre en œuvre un protocole expérimental (ExAO, spirométrie, brassard, ...) pour mettre en évidence un ou plusieurs aspects du métabolisme énergétique à l’effort (consommation de dioxygène, production de chaleur,…).
  • Exploiter des données quantitatives (éventuellement à l’aide d’un tableur) concernant les modifications de la consommation de dioxygène et/ou de nutriments à l’effort.
  • Concevoir et/ou mettre en œuvre un protocole expérimental (en particulier assisté par ordinateur) pour montrer les variations des paramètres physiologiques à l’effort.
  • Manipuler, modéliser, recenser, extraire et organiser des informations et ou manipuler (dissections et/ou logiciels de simulation et/ou recherche documentaire) pour comprendre l’organisation et le fonctionnement des systèmes cardiovasculaire et ventilatoire.

Une boucle de régulation nerveuse

Connaissances:
  • La pression artérielle est une grandeur contrôlée par plusieurs paramètres. Par exemple, il existe une boucle réflexe de contrôle de la fréquence cardiaque (dont la pression artérielle dépend par l’intermédiaire du débit) :
    • des capteurs (barorécepteurs) sont sensibles à la valeur de la pression artérielle ;
    • un centre bulbaire intègre les informations issues des barorécepteurs et module les messages nerveux en direction de l’effecteur (cœur) ;
    • les informations sont transmises du centre à l’effecteur par des nerfs sympathiques et parasympathiques.
  • La boucle de régulation contribue à maintenir la pression artérielle dans d'étroites limites autour d'une certaine valeur.
  • A l’effort, l’organisme s’écarte de cette situation standard.
  • Objectifs et mots clés. A partir de la complexité des réactions de l’organisme à l’effort, on isole un seul aspect (le contrôle nerveux de la fréquence cardiaque dans le cadre de la régulation de la pression artérielle) afin de construire le concept de boucle de régulation.
  • Limites. Tout autre mécanisme intervenant sur la régulation de la pression artérielle ; on pourra signaler que l’on n’étudie que l’un des éléments d’un ensemble complexe qui sera complété dans une classe ultérieure.
  • Toute étude à l’échelle cellulaire du fonctionnement des récepteurs, des fibres nerveuses, du bulbe ou des effets nerveux sur le cœur ; les médiateurs nerveux. Le message nerveux est vu simplement comme un train de signaux de nature électrique. Le mode de détermination de la valeur de la pression artérielle selon les circonstances n’est pas au programme.
Capacités et attitudes:
  • Recenser, extraire et exploiter des documents historiques relatifs à des travaux expérimentaux pour construire et/ou argumenter la boucle de régulation nerveuse évoquée.
  • Élaborer un schéma fonctionnel pour représenter une boucle de régulation.

Pratiquer une activité physique en préservant sa santé

Connaissances:
  • Le muscle strié squelettique et les articulations constituent un système fragile qui doit être protégé. Les accidents musculo-articulaires s’expliquent par une détérioration du tissu musculaire, des tendons, ou de la structure articulaire.
  • Au cours de la contraction musculaire, la force exercée tire sur les tendons et fait jouer une articulation, ce qui conduit à un mouvement.
  • Objectifs et mots clés. On étudie un exemple d’accident musculo-articulaire (claquage, entorse, déchirure…). La recherche de l’explication de l’accident choisi conduit à en connaître l’origine et débouche sur la compréhension de la structure normale du système musculo-articulaire.
  • L’organisation d’un muscle est abordée jusqu’à l’identification de la cellule musculaire.
  • [Limites. Toute étude intracellulaire de la fibre musculaire ou de sa contraction est exclue. La commande de la contraction n’est pas au programme.]
  • Des pratiques inadaptées ou dangereuses (exercice trop intense, dopage…) augmentent la fragilité du système musculo-articulaire et/ou provoquent des accidents.
  • [Limites. On se limite à l’étude d’un exemple.]
Capacités et attitudes:
  • Recenser, extraire et interpréter des informations tirées de compte rendus d’accidents musculo-articulaires (imageries médicales).
  • Manipuler, modéliser, recenser, extraire et organiser des informations et/ou manipuler (dissections, maquettes, etc.) pour comprendre le fonctionnement du système musculo-articulaire.
  • Relier les caractéristiques de l’organisation du muscle aux manifestations d’un accident musculo-articulaire.
  • Extraire et exploiter des informations pour :
    • comprendre la différence entre l’usage thérapeutique d’une molécule et l’usage détourné qui peut en être fait ;
    • comprendre l’effet sur la santé des sportifs d’une pratique de dopage ;
    • déterminer comment se livrer à un exercice physique dans de bonnes conditions de santé.
  • Exercer sa responsabilité en matière de santé.

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