Corps Humain et Effort Physique : Cours Complet
Seconde & Première spécialité SVT — Métabolisme énergétique, système cardiovasculaire, muscles, régulation de la glycémie
📋 Sommaire
1. Les besoins des cellules musculaires
8. La régulation de la glycémie
2. L'ATP : monnaie énergétique
9. Insuline et glucagon
3. Respiration cellulaire
10. Le diabète
4. Fermentation
11. Boucle de régulation et homéostasie
5. Le système cardiovasculaire
12. Exercices types bac
6. Adaptations à l'effort
13. Questions fréquentes
7. Le muscle squelettique
8. La régulation de la glycémie
2. L'ATP : monnaie énergétique
9. Insuline et glucagon
3. Respiration cellulaire
10. Le diabète
4. Fermentation
11. Boucle de régulation et homéostasie
5. Le système cardiovasculaire
12. Exercices types bac
6. Adaptations à l'effort
13. Questions fréquentes
7. Le muscle squelettique
SECTION 01
Les besoins des cellules musculaires
📌 Pendant l'effort
Les cellules musculaires ont besoin de nutriments (glucose principalement) et de dioxygène (O₂) pour produire de l'énergie. En retour, elles rejettent du CO₂ et de la chaleur.
Pendant l'effort, les besoins augmentent :
Consommation d'O₂ : ×10 à ×20
Consommation de glucose : ×5 à ×10
Débit sanguin musculaire : ×20 à ×25
Consommation d'O₂ : ×10 à ×20
Consommation de glucose : ×5 à ×10
Débit sanguin musculaire : ×20 à ×25
🏃 L'organisme doit s'adapter : augmenter l'apport en O₂ et nutriments aux muscles, évacuer le CO₂ et la chaleur. Cela implique le système cardiovasculaire (cœur, vaisseaux) et le système respiratoire (poumons).
SECTION 02
L'ATP : monnaie énergétique
📌 L'adénosine triphosphate
L'ATP (adénosine triphosphate) est la molécule universelle de transfert d'énergie dans la cellule. Son hydrolyse libère de l'énergie utilisable pour le travail cellulaire.
ATP → ADP + Pi + Énergie (≈ 30,5 kJ/mol)
L'ATP est régénéré en permanence :
ADP + Pi + Énergie (respiration ou fermentation) → ATP
📘 Le stock d'ATP est très faible (~5 mmol dans le corps, soit ~2-3 secondes d'effort intense). L'ATP doit être régénéré en continu à partir du glucose (ou des lipides) par la respiration cellulaire ou la fermentation.
| Voie de régénération | Substrat | Rendement ATP | Vitesse | Durée |
|---|---|---|---|---|
| Phosphocréatine | Créatine-P | 1 ATP (très rapide) | Très rapide | ~10 secondes |
| Fermentation lactique | Glucose | 2 ATP/glucose | Rapide | ~30 sec – 2 min |
| Respiration cellulaire | Glucose (+ O₂) | 36-38 ATP/glucose | Lente | Illimitée (tant qu'il y a O₂) |
SECTION 03
Respiration cellulaire
📌 Équation bilan
C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + 36-38 ATP
La respiration cellulaire se déroule dans les mitochondries et comprend 3 étapes :
| Étape | Lieu | Substrat | Produit | ATP |
|---|---|---|---|---|
| 1. Glycolyse | Cytoplasme (hyaloplasme) | Glucose (6C) | 2 pyruvates (3C) + 2 NADH | 2 ATP |
| 2. Cycle de Krebs | Matrice mitochondriale | Acétyl-CoA (2C) | CO₂ + NADH + FADH₂ | 2 ATP |
| 3. Chaîne respiratoire | Membrane interne mitochondrie | NADH, FADH₂ + O₂ | H₂O + gradient H⁺ | 32-34 ATP |
🎯 L'O₂ est l'accepteur final des électrons dans la chaîne respiratoire. Sans O₂, cette étape s'arrête, et la cellule bascule vers la fermentation (beaucoup moins rentable). C'est pourquoi l'apport d'O₂ est crucial pendant l'effort.
SECTION 04
Fermentation
📌 Fermentation lactique
Quand l'apport en O₂ est insuffisant (effort intense), la cellule musculaire utilise la fermentation lactique : le pyruvate est transformé en acide lactique (lactate) dans le cytoplasme.
Glucose → 2 Pyruvates → 2 Lactates
Bilan : 2 ATP par glucose (anaérobie, pas de mitochondrie)
Bilan : 2 ATP par glucose (anaérobie, pas de mitochondrie)
| Critère | Respiration cellulaire | Fermentation lactique |
|---|---|---|
| O₂ nécessaire | Oui (aérobie) | Non (anaérobie) |
| Lieu | Cytoplasme + mitochondries | Cytoplasme uniquement |
| Rendement | 36-38 ATP/glucose | 2 ATP/glucose |
| Produits | CO₂ + H₂O | Lactate |
| Durée possible | Illimitée (aérobie) | Courte (accumulation lactate → fatigue) |
💡 Fermentation alcoolique : Chez les levures, le pyruvate → éthanol + CO₂ (2 ATP). Utilisée en boulangerie (CO₂ fait lever la pâte) et en vinification (éthanol). Les cellules humaines ne font PAS de fermentation alcoolique.
SECTION 05
Le système cardiovasculaire
📌 Rôle
Le système cardiovasculaire (cœur + vaisseaux + sang) transporte l'O₂ et les nutriments vers les cellules et évacue le CO₂ et les déchets. C'est la double circulation :
Circulation pulmonaire (petite) :
Cœur droit → Poumons (échanges gazeux : CO₂↓, O₂↑) → Cœur gauche
Cœur droit → Poumons (échanges gazeux : CO₂↓, O₂↑) → Cœur gauche
Circulation systémique (grande) :
Cœur gauche → Organes (apport O₂/nutriments, retrait CO₂) → Cœur droit
| Structure | Fonction |
|---|---|
| Artères | Transportent le sang du cœur vers les organes (paroi épaisse, élastique) |
| Veines | Ramènent le sang des organes vers le cœur (paroi fine, valvules anti-retour) |
| Capillaires | Échanges entre le sang et les cellules (paroi très fine, 1 cellule d'épaisseur) |
📌 Le cœur
4 cavités : 2 oreillettes (réception du sang) + 2 ventricules (éjection). Le cœur gauche (sang oxygéné) est plus musclé que le droit. Fréquence au repos : ~60-80 bpm. Volume d'éjection systolique : ~70 mL.
Débit cardiaque = FC × VES
Repos : 70 bpm × 70 mL = ~5 L/min
Effort max : 180 bpm × 140 mL = ~25 L/min (×5)
Repos : 70 bpm × 70 mL = ~5 L/min
Effort max : 180 bpm × 140 mL = ~25 L/min (×5)
SECTION 06
Adaptations à l'effort
| Paramètre | Repos | Effort intense | Mécanisme |
|---|---|---|---|
| Fréquence cardiaque | ~70 bpm | ~180 bpm | Stimulation nerveuse sympathique, adrénaline |
| Volume d'éjection | ~70 mL | ~140 mL | Retour veineux accru, contractilité ↑ |
| Débit cardiaque | ~5 L/min | ~25 L/min | FC × VES |
| Fréquence respiratoire | ~15/min | ~40-50/min | Centres respiratoires stimulés par CO₂ et pH |
| Volume courant | ~0,5 L | ~2-3 L | Muscles respiratoires plus actifs |
| Débit ventilatoire | ~7,5 L/min | ~100-150 L/min | FR × VC |
| Redistribution sanguine | Répartie | ~80% vers les muscles | Vasodilatation musculaire, vasoconstriction digestive |
🏃 VO₂max : La consommation maximale d'oxygène. C'est le meilleur indicateur de la capacité aérobie. Valeurs typiques : 35-45 mL/kg/min (sédentaire), 70-85 mL/kg/min (athlète d'endurance). L'entraînement augmente la VO₂max (cœur plus gros, plus de capillaires, plus de mitochondries).
SECTION 07
Le muscle squelettique
📌 Structure
Le muscle squelettique est constitué de fibres musculaires (cellules plurinucléées géantes). Chaque fibre contient des myofibrilles formées de filaments d'actine (fin) et de myosine (épais), organisés en sarcomères (unité contractile).
Muscle → Faisceaux → Fibres musculaires → Myofibrilles → Sarcomères
Sarcomère : actine + myosine entre deux lignes Z
Sarcomère : actine + myosine entre deux lignes Z
📌 Mécanisme de la contraction
1. Le signal nerveux (nerf moteur) arrive à la jonction neuromusculaire.
2. Libération d'acétylcholine → dépolarisation de la fibre → libération de Ca²⁺.
3. Le Ca²⁺ permet la fixation des têtes de myosine sur l'actine.
4. Les têtes de myosine pivotent (« coup de rame ») → les filaments d'actine glissent sur la myosine.
5. Le sarcomère raccourcit → le muscle se contracte. L'ATP fournit l'énergie à chaque coup de rame.
⚠️ Sans ATP, les têtes de myosine restent fixées à l'actine → rigidité (rigidité cadavérique = absence totale d'ATP après la mort). Le relâchement musculaire nécessite aussi de l'ATP.
| Type de fibre | Caractéristique | Spécialisation |
|---|---|---|
| Type I (lentes) | Riches en mitochondries, myoglobine (rouges) | Endurance, résistance à la fatigue |
| Type IIa (rapides oxydatives) | Intermédiaires | Effort mixte |
| Type IIb (rapides glycolytiques) | Peu de mitochondries (blanches) | Effort bref et intense (sprint, haltérophilie) |
SECTION 08
La régulation de la glycémie
📌 La glycémie
La glycémie est la concentration de glucose dans le sang. Elle doit rester stable autour de 0,8 à 1,2 g/L (≈ 5 mmol/L) pour un fonctionnement optimal de l'organisme, en particulier du cerveau.
Glycémie normale : 0,8 – 1,2 g/L
Hypoglycémie : < 0,7 g/L (malaise, tremblements) Hyperglycémie : > 1,26 g/L à jeun (diabète si chronique)
Hypoglycémie : < 0,7 g/L (malaise, tremblements) Hyperglycémie : > 1,26 g/L à jeun (diabète si chronique)
| Organe | Rôle dans la glycémie |
|---|---|
| Foie | Stocke le glucose sous forme de glycogène (glycogénogenèse). Libère le glucose (glycogénolyse). Néoglucogenèse |
| Muscles | Stockent du glycogène (usage local uniquement) |
| Tissu adipeux | Stocke l'excès de glucose sous forme de lipides (lipogenèse) |
| Pancréas | Détecte la glycémie et sécrète les hormones régulatrices (îlots de Langerhans) |
SECTION 09
Insuline et glucagon
| Critère | Insuline | Glucagon |
|---|---|---|
| Cellules sécrétrices | Cellules β des îlots de Langerhans | Cellules α des îlots de Langerhans |
| Stimulus | Hyperglycémie (après un repas) | Hypoglycémie (à jeun, effort) |
| Action sur le foie | Glycogénogenèse ↑ (stockage) | Glycogénolyse ↑ (libération glucose) |
| Action sur les cellules | Entrée du glucose ↑ (muscles, adipocytes) | — (agit surtout sur le foie) |
| Effet sur la glycémie | Hypoglycémiante (↓ glycémie) | Hyperglycémiante (↑ glycémie) |
| Nature | Hormone peptidique | Hormone peptidique |
📘 Hormones antagonistes : L'insuline et le glucagon ont des effets opposés sur la glycémie. Leur sécrétion est régulée par rétrocontrôle négatif : quand la glycémie revient à la normale, la sécrétion de l'hormone diminue.
SECTION 10
Le diabète
| Critère | Diabète de type 1 | Diabète de type 2 |
|---|---|---|
| Cause | Destruction auto-immune des cellules β | Insulinorésistance (cellules moins sensibles) + épuisement progressif des cellules β |
| Âge d'apparition | Enfant/adolescent | Adulte (>40 ans), de plus en plus jeune |
| Insuline | Absente → injection obligatoire | Présente mais inefficace |
| Facteurs | Génétiques + auto-immuns | Génétiques + mode de vie (obésité, sédentarité) |
| Fréquence | ~10% des diabétiques | ~90% des diabétiques |
| Traitement | Injections d'insuline | Régime, exercice, antidiabétiques oraux, puis insuline |
⚠️ Le diabète non traité provoque une hyperglycémie chronique → complications graves : atteinte des vaisseaux (rétinopathie, néphropathie), neuropathie, risque cardiovasculaire accru. ~530 millions de diabétiques dans le monde (2021).
SECTION 11
Boucle de régulation et homéostasie
📌 Principe de l'homéostasie
L'homéostasie est le maintien des paramètres du milieu intérieur (glycémie, température, pH, pression artérielle…) dans des limites compatibles avec la vie. Elle repose sur des boucles de régulation à rétrocontrôle négatif.
Boucle de régulation :
1. Paramètre réglé (ex : glycémie) s'écarte de la valeur de consigne
2. Capteur (ex : cellules β/α du pancréas) détecte l'écart
3. Message (hormone : insuline ou glucagon)
4. Effecteur (ex : foie, muscles) corrige l'écart
5. Rétrocontrôle négatif : le retour à la normale freine la sécrétion
1. Paramètre réglé (ex : glycémie) s'écarte de la valeur de consigne
2. Capteur (ex : cellules β/α du pancréas) détecte l'écart
3. Message (hormone : insuline ou glucagon)
4. Effecteur (ex : foie, muscles) corrige l'écart
5. Rétrocontrôle négatif : le retour à la normale freine la sécrétion
✅ Le rétrocontrôle négatif stabilise le système : toute variation du paramètre déclenche une réponse qui ramène le paramètre vers sa valeur de consigne. Exemples : thermostat de la température corporelle (37°C), régulation de la pression artérielle par les barorécepteurs, régulation de la glycémie par insuline/glucagon.
SECTION 12
Exercices types bac
Type 1 — Métabolisme énergétique
🧠 Rendement ATP : respiration = 36 ATP/glucose, fermentation lactique = 2 ATP/glucose. Rapport ?
36/2 = 18 fois plus d'ATP par la respiration. La fermentation est 18× moins rentable mais ne nécessite pas d'O₂. Elle est utilisée pour des efforts brefs et intenses.
Type 2 — Débit cardiaque
🧠 FC = 150 bpm, VES = 120 mL. Débit cardiaque ? Comparaison avec le repos (5 L/min).
DC = 150 × 120 = 18 000 mL/min = 18 L/min. Soit 18/5 = 3,6 fois le débit de repos.
Type 3 — Glycémie et hormones
🧠 Après un repas, glycémie = 1,4 g/L. Hormone sécrétée ? Effet ?
Hyperglycémie → les cellules β sécrètent de l'insuline → glycogénogenèse hépatique + entrée du glucose dans les cellules → glycémie redescend à ~1 g/L.
Type 4 — Diabète
🧠 Patient : glycémie à jeun = 1,5 g/L, insulinémie élevée, obésité. Diagnostic ?
Diabète de type 2 : hyperglycémie malgré une insuline présente → insulinorésistance. Les cellules ne répondent plus à l'insuline. Facteurs : obésité, sédentarité.
Type 5 — Contraction musculaire
🧠 Pourquoi le muscle a-t-il besoin d'ATP pour se contracter ET pour se relâcher ?
Contraction : l'ATP fournit l'énergie pour le « coup de rame » des têtes de myosine sur l'actine. Relâchement : l'ATP est nécessaire pour détacher les têtes de myosine de l'actine. Sans ATP → rigidité.
SECTION 13
Questions fréquentes
ATP ?
Monnaie énergétique universelle. ATP → ADP + énergie. Stock faible → régénéré en continu.
Respiration vs fermentation ?
Respiration : aérobie, 36-38 ATP, mitochondries. Fermentation : anaérobie, 2 ATP, cytoplasme.
VO₂max ?
Consommation max d'O₂. Sédentaire ~40 mL/kg/min, athlète ~80. Meilleur indicateur aérobie.
Cœur à l'effort ?
FC ↑, VES ↑ → débit cardiaque ×4-5. Sang redistribué vers les muscles.
Glycémie ?
0,8-1,2 g/L. Régulée par insuline (↓) et glucagon (↑).
Insuline ?
Hormone hypoglycémiante. Cellules β, après un repas. Stockage glucose, entrée dans les cellules.
Diabète type 1 vs 2 ?
Type 1 = auto-immun, pas d'insuline, injection. Type 2 = insulinorésistance, mode de vie, 90% des cas.
Contraction musculaire ?
Signal nerveux → Ca²⁺ → myosine se fixe sur actine → glissement des filaments → raccourcissement. ATP requis.
Homéostasie ?
Maintien des paramètres vitaux (glycémie, T°, pH) par rétrocontrôle négatif.
Ça tombe au bac SVT ?
Oui. ATP, respiration/fermentation, cœur à l'effort, glycémie, diabète, contraction musculaire.
