Fiche de révision : Physiologie de l’exercice et respiration

📋 Plan du Cours

1. Physiologie intégrée et fonctions des organes
2. Exercice, stress et adaptations
3. Force, vitesse et puissance
4. Endurance et capacité aérobie
5. Intensité et durée de l’exercice
6. Anatomie fonctionnelle du système respiratoire
7. Mécanique ventilatoire et volumes pulmonaires
8. Échanges gazeux alvéolo-capillaires
9. Adaptations ventilatoires à l’exercice
10. Entraînement et spécificités respiratoires

📖 1. Physiologie intégrée et fonctions des organes

🔑 Notions clés & Définitions

• Physiologie intégrée : Étude du fonctionnement coordonné et interdépendant des organes et des systèmes.

★ À maîtriser

• Les quatre fonctions des organes sont :
  • la nutrition
  • la reproduction
  • la relation
  • la protection

Compléments

• Les globules rouges transportent l’oxygène dans le sang alors qu’ils sont produits dans les os.

📖 2. Exercice, stress et adaptations

🔑 Notions clés & Définitions

• Exercice physique : Perturbation et stress pour l’organisme.

★ À maîtriser

📌 L’exercice provoque une adaptation à court terme, tandis que l’entraînement provoque une adaptation à long terme.

Compléments

• Le sprint demande une capacité métabolique jusqu’à 200 fois supérieure à celle du repos.

• La course augmente la ventilation de 35 à 40 fois par rapport au repos.

💡 Astuce mémo

Exercice-stress → adaptations à court et long terme

📖 3. Force, vitesse et puissance

🔑 Notions clés & Définitions

• Force maximale : Maximum de force que le système neuromusculaire peut déployer lors d’une contraction maximale volontaire.

★ À maîtriser

📌 La force absolue correspond à la force maximale augmentée d’une réserve de force, alors que la force maximale correspond à la contraction volontaire maximale habituelle.

📐 Formule - La puissance mécanique produite par le corps vérifie $P = F \times V$.

Compléments

• Le déficit de force est de 30 % chez le sujet sédentaire contre 10 % chez le sujet entraîné.

💡 Astuce mémo

Force maximale ≠ force absolue

📖 4. Endurance et capacité aérobie

🔑 Notions clés & Définitions

• Endurance : Capacité du sportif à résister à la fatigue pendant un temps limite à une intensité donnée.
• VO2 max : Débit maximal d’oxygène qu’un sujet peut prélever, transporter et consommer par unité de temps.

📝 Points essentiels

• Les records de VO2 max atteignent 85 à 90 mL d’O2/kg/min chez les skieurs de fond, 60 à 85 mL d’O2/kg/min chez les coureurs de longue distance et 62 à 75 mL d’O2/kg/min chez les cyclistes.

📌 La PMA est la puissance maximale aérobie mesurée sur vélo, tandis que la VMA est la vitesse maximale aérobie mesurée sur tapis roulant ou sur le terrain.

📖 5. Intensité et durée de l’exercice

★ À maîtriser

📌 Un exercice infra-maximal se déroule sous la VO2 max, tandis qu’un exercice supra-maximal dépasse la VO2 max et ne peut être maintenu que brièvement.

• Une intensité faible correspond à moins de 30 à 50 % de la VO2 max, une intensité modérée à plus de 50 à 75 %, et une intensité importante à 75 à 99 %.

📌 Un exercice triangulaire augmente progressivement l’intensité, tandis qu’un exercice rectangulaire maintient une intensité stable.

Compléments

• Les exercices de courte durée durent moins de 10 secondes, ceux de durée moyenne 2 à 7 minutes et ceux de longue durée plus de 7 à 10 minutes.

💡 Astuce mémo

Faible → modérée → importante → maximale

📖 6. Anatomie fonctionnelle du système respiratoire

🔑 Notions clés & Définitions

• Alvéoles pulmonaires : Les alvéoles pulmonaires sont des structures fonctionnelles entourées de capillaires qui assurent les échanges gazeux.

📝 Points essentiels

• La trachée est un conduit constitué d’une vingtaine d’anneaux cartilagineux, ce qui la rend rigide et flexible.

• Le nombre d’alvéoles est fixé à la naissance et leur taille augmente jusqu’à l’âge de 18 ans.

• La plèvre délimite une cavité pleurale remplie de liquide qui transmet les mouvements de la cage thoracique aux poumons et évite les frictions.

💡 Astuce mémo

Un arbre cilié se terminant par des grappes d’alvéoles

📖 7. Mécanique ventilatoire et volumes pulmonaires

★ À maîtriser

📐 Formule - À température constante, la loi de Boyle-Mariotte s’écrit $P_1V_1=P_2V_2$.

• 🔄 L’inspiration suit cette chaîne : contraction des muscles inspiratoires, augmentation du volume thoracique et alvéolaire, baisse de la pression alvéolaire, entrée de l’air

📐 Formule - Le débit ventilatoire vérifie $\dot V_E=V_T\times F_R$ et vaut environ 6 L/min au repos avec un volume courant de 0,5 L et une fréquence respiratoire de 12 cycles/min.

Compléments

• Au repos, un sujet sain réalise généralement 10 à 15 cycles respiratoires par minute, sous une régulation nerveuse dépendant notamment du taux sanguin de CO2.

💡 Astuce mémo

Volume thoracique ↑ → pression alvéolaire ↓ → inspiration

📖 8. Échanges gazeux alvéolo-capillaires

★ À maîtriser

• La pression partielle d’un gaz est égale à sa fraction dans le mélange multipliée par la pression totale.

• À 760 mmHg, l’air atmosphérique contient 79 % d’azote, 21 % d’O2 et 0,04 % de CO2, correspondant respectivement à 600,4, 159,6 et 0,304 mmHg.

• L’O2 diffuse des alvéoles vers les capillaires pulmonaires, tandis que le CO2 diffuse des capillaires vers les alvéoles selon leurs gradients de pression partielle.

Compléments

• La membrane alvéolo-capillaire constitue la barrière air-sang et mesure environ 0,35 μm d’épaisseur.

💡 Astuce mémo

O₂ : alvéoles → sang ; CO₂ : sang → alvéoles

📖 9. Adaptations ventilatoires à l’exercice

★ À maîtriser

• Les phases ventilatoires d’un exercice sous-maximal sont :

  • l’accrochage ventilatoire
  • l’installation
  • la stabilité
  • le décrochage ventilatoire
  • la récupération ventilatoire

• Le premier seuil ventilatoire apparaît vers 60 % de la VO2 max, lorsque le débit ventilatoire augmente plus rapidement que la puissance.

• Au-dessus du premier seuil ventilatoire, la glycolyse produit des ions H+ qui sont tamponnés par les bicarbonates, générant du CO2 supplémentaire et une hausse disproportionnée de la ventilation.

📐 Formule - La ventilation alvéolaire vérifie $\dot V_A=(V_T-V_D)\times F_R$.

• Chez un sujet sain, la limitation de la performance maximale est généralement cardiaque et non ventilatoire.

Compléments

• Le rapport VD/VT représente 25 % au repos et environ 15 % à l’exercice.

💡 Astuce mémo

Accrochage → installation → stabilité → décrochage → récupération

📖 10. Entraînement et spécificités respiratoires

★ À maîtriser

📌 L’entraînement aérobie améliore principalement la VO2 max lorsqu’il est réalisé à une intensité égale ou légèrement inférieure à la VO2 max.

• La VO2 max possède une composante génétique estimée à 40 %, et la réponse à l’entraînement varie selon les individus.

• L’entraînement ne modifie pas la taille des poumons et ne produit pas de nouvelles alvéoles ou de nouveaux capillaires pulmonaires.

📌 L’hyperventilation préalable à une apnée diminue le CO2 sanguin et retarde le besoin de respirer, mais elle peut provoquer une syncope hypoxique sans signal d’alerte suffisant.

📌 La manœuvre de Valsalva augmente les pressions intra-thoracique et intra-abdominale pour stabiliser le tronc, mais elle peut réduire le retour veineux et provoquer un étourdissement ou une perte de connaissance.

Compléments

📌 L’entraînement diminue la ventilation sous-maximale en réduisant la lactatémie, les ions H+, la VCO2 et le stimulus ventilatoire.

📊 Tableaux de synthèse

Types d’exercice et caractéristiques

Volumes respiratoires principaux