Le fonctionnement de l’organisme lors d’un effort musculaire - 4ème - Séquence complète

Cours, exercices et évaluation avec la correction niveau 4ème sur le fonctionnement de l’organisme lors d’un effort musculaire – SVT

Notions : Anatomie du système musculo-articulaire, le fonctionnement cardio-respiratoire à l’effort, les besoins pendant l’effort, les performances, comportement responsable (dopage)

Cours niveau 4ème sur le fonctionnement de l’organisme lors d’un effort musculaire – SVT

L’être humain a besoin, comme tout animal, de respirer et de s’alimenter afin d’assouvir ses besoins énergétiques (voir chap. 13). Cette production énergétique s’effectue dans chaque cellule de l’organisme. Par ailleurs, lors d’un effort physique, on observe des modifications fonctionnelles de notre organisme comme la modification de notre respiration.

Comment l’organisme modifie-t-il son fonctionnement pour fournir aux cellules musculaires l’énergie dont elles ont besoin lors d’un effort physique ?

La réalisation d’un effort physique : le système musculo-articulaire

Activité n°1 – Les organes impliqués dans le mouvement

Le système musculo-articulaire regroupe plusieurs structures anatomiques impliquées dans le mouvement.

A l’origine du mouvement, se trouve la contraction d’un muscle. La contraction entraîne le raccourcissement. Un muscle est relié aux os du squelette par les tendons. Ainsi, le raccourcissement du muscle contracté tire sur les tendons qui, peu élastiques, tirent à leur tour sur les os du squelette.

Les os sont liés entre eux au niveau des articulations grâce à des ligaments. Lors du mouvement, les os se déplacent donc autour des articulations.

Il existe deux types de muscle qui travaillent conjointement :

– des muscles fléchisseurs (exemple : biceps) qui, par contraction, provoque la flexion du membre ;

– des muscles extenseurs (exemple : triceps) qui, en action, permettent l’extension du membre.

Au niveau d’une même articulation, les muscles fléchisseur et extenseur sont dits “antagonistes”.

[Pour mieux visualiser le mouvement, la vidéo suivante est intéressante :

https://www.reseau-canope.fr/corpus/video/le-muscle-moteur-du-mouvement-119.html

De 0:00 à 0:30 puis à partir de 1:08]

Le mouvement est commandé par le cerveau qui crée un message nerveux puis qui le transmet aux muscles via des neurones. Cela provoque la contraction des fibres formant le muscle.

Schéma des organes impliqués dans le mouvement

A RETENIR : À la suite de la réception d’un message nerveux transmis par un neurone, les fibres musculaires composant le muscle se contractent. Elles se raccourcissent et s’épaississent, tirant alors sur les tendons puis, par voie de conséquence, entraînent une traction de l’os. Les tendons relient les extrémités du muscle à l’os. L’os se déplace autour de l’articulation grâce aux ligaments

Vocabulaire à connaître : neurone, muscle, contraction, tendon, os, ligament, articulation.

Répondre aux besoins du muscle pendant un effort

Activité n°2 – Les besoins du muscle pendant un effort physique

Pour fonctionner, les cellules ont besoin d’énergie. Lors d’un effort, les besoins énergétiques des cellules musculaires augmentent : elles ont besoin de plus d’énergie qu’en situation de repos.

L’énergie est produite grâce à une réaction chimique appelée la respiration cellulaire qui dégrade de la matière organique (voir chapitre 14). La réaction est la suivante :

nutriments + dioxygène → eau + dioxyde de carbone + énergie

Ainsi, pour produire plus d’énergie, les cellules musculaires doivent réaliser davantage la respiration cellulaire. Elles ont donc besoin d’obtenir davantage de dioxygène et de nutriments (glucose). Ces deux réactifs sont apportés par le sang.

Par ailleurs, une partie de l’énergie produite par le muscle sert à son fonctionnement, une autre partie est dégagée sous forme de chaleur. Nous parlons donc d’énergie mécanique (mouvement) et d’énergie thermique (chaleur).

Schéma des besoins des cellules musculaires

Activité n°3 – Les modifications du fonctionnement de l’organisme à l’effort

Pour répondre à leurs importants besoins énergétiques, les cellules musculaires sont davantage irriguées en sang et sont ainsi plus approvisionnées en nutriments et en dioxygène.

Cette irrigation sanguine plus importante est permise grâce à une modification de l’activité cardiaque. On observe une augmentation du nombre de battements du cœur par minute (= rythme ou fréquence cardiaque) et une augmentation du volume de sang mis en mouvement par le cœur.

Exercices avec correction niveau 4ème sur le fonctionnement de l’organisme lors d’un effort musculaire – SVT

Compétences évaluées
Mobiliser ses connaissances.
Lire et exploiter des données présentées sous différentes formes.
Communiquer sur sa démarche en argumentant.
Fonder ses choix de comportement responsable vis-à-vis de sa santé sur des arguments scientifiques.

Tester ses connaissances

1) Complète le schéma ci-dessous avec les légendes correctes.

2) Indique l’origine du mouvement dans l’organisme.

3) Explique le lien entre effort physique et besoins du muscle.

4) Cite deux modifications ayant lieu dans l’organisme pour répondre aux besoins du muscle.

5) A l’aide d’un exemple, justifie le fait d’adopter un comportement responsable vis-à-vis de la pratique sportive.

Je m’entraîne

Exercice 1 : Le muscle d’un sportif

On prélève un morceau de muscle d’un sportif avant et après sa course et on les observe au microscope. Ces deux morceaux sont colorés avec une coloration dite “PAS (Periodic Acid Schiff)”. Cette technique permet ainsi de visualiser le glycogène dans les tissus.

Observations microscopiques de muscle avant (à gauche) et après (à droite) un effort

Le muscle contient un glucide complexe appelé le glycogène.

C’est une forme de réserve de glucose.

Lorsque le glycogène est dégradé, le glucose est libéré dans le sang.

A l’aide des photographies, compare les deux morceaux de muscle.

A l’aide de ta réponse précédente, explique la différence observable.

Indique si le glycogène se forme pendant le repos ou pendant l’effort en justifiant ta réponse.

Formule une hypothèse sur l’intérêt du glycogène dans l’organisme.

Indique comment les cellules musculaires se fournissent davantage de dioxygène, le deuxième réactif indispensable.

A l’aide de l’ensemble de tes réponses, déduis une différence entre les deux réactifs de la respiration cellulaire.

Evaluation avec la correction niveau 4ème sur le fonctionnement de l’organisme lors d’un effort musculaire – SVT

Compétences évaluées
Communiquer sur sa démarche en argumentant.
Mobiliser ses connaissances.
Fonder ses choix de comportement responsable vis-à-vis de sa santé sur des arguments scientifiques.

Exercice nº 1 : L’intérêt de l’entraînement

Marcel est un ancien sportif qui, à la suite d’une blessure (fracture), a dû arrêter le football. Il souhaite reprendre le sport et se rend dans un centre médical pour vérifier ses capacités physiques. On mesure son rythme cardiaque pendant qu’il pédale sur un vélo : l’exercice physique débute à 4 minutes et s’intensifie pendant 12 minutes.

Document 1 : Mesure du rythme cardiaque de Marcel lors d’un test d’effort

Rappelle ce que signifie “bpm” comme unité.

Annote le document 1 en indiquant les phases de repos, d’effort et de récupération.

A l’aide du document 1, décris l’évolution du rythme cardiaque pendant chaque phase.

Document 2 : Données du rythme cardiaque de Marcel avant sa blessure lors du même test d’effort

Temps (min)	2	4	6	10	12	14	16	18
Rythme cardiaque (bpm)	50	50	70	90	120	150	150	110

A l’aide des documents 1 et 2, compare l’activité cardiaque de Marcel avant et après sa blessure en identifiant trois différences.
Rappelle le rôle de l’activité cardiaque pendant un effort physique.

Prodigue un conseil à Marcel afin qu’il puisse retrouver ses performances passées.

Exercice nº 2 : Adopter de bonnes habitudes

Samia se plaint souvent de fatigue, de maux de tête et de douleurs au niveau du cœur et des chevilles. Elle prend rendez-vous chez son médecin. Elle lui explique que ses journées sont très remplies : elle se lève à 7h pour aller suivre ses cours, mange rapidement à la cafétéria de l’université le midi, picore le soir au bar où elle travaille. Depuis deux semaines, elle se lève tous les jours une heure plus tôt pour courir. Son médecin la fait courir sur un tapis de course en relevant sa température corporelle.

Document 1 : Mesures de la température corporelle de Samia pendant l’épreuve

Temps (min)	5	10	15	20	25	30	35
Température corporelle (°C)	37,1	37,1	37,3	37,4	37,6	37,5	37,4

A partir du document 1, décris l’évolution de la température corporelle de Samia.

Document 2 : Hydratation et effort

Lors d’un effort physique, une grande partie de l’énergie est libérée par nos muscles sous forme de chaleur, augmentant la température corporelle. Le corps met en place des mécanismes pour conserver une température avoisinant les 37 °C. L’une d’entre elles est la transpiration : le fait de suer libère la chaleur en dehors du corps. Bien au-delà de cette température, on risque l’hyperthermie qui s’accompagne de l’augmentation du rythme cardiaque, d’une rigidité musculaire, de fièvres, de confusion, voire de convulsions.