Les échanges entre les muscles et le sang

Lors d'une activité sportive intense, nous sentons notre cœur battre plus vite, nous nous essoufflons. À quoi ces modifications organiques correspondent-elles ? Comment les muscles réagissent-ils à l'effort ?

1. L'activité physique et les réactions de l'organisme

• Avant le départ et à l'arrivée d'une course de vitesse, deux sprinters font mesurer leurs rythmes respiratoire et cardiaque. Ils constatent que ces deux données augmentent de façon importante.

Ainsi, la fréquence respiratoire ou nombre de mouvements respiratoires par minute du sujet 1 est passée de 24 à 38 et celle du sujet 2 de 22 à 36.

De même, la fréquence cardiaque, ou nombre de battements cardiaques par minute, a sensiblement augmenté chez les deux sprinters. De 80, elle a atteint 150 chez le sujet 1 et de 78, elle est passée à 140 chez le sujet 2. Le rythme cardiaque se mesure facilement par le pouls, pris au poignet, qui donne le nombre de pulsations du sang dans une artère superficielle correspondant au nombre de battements cardiaques.

• La consommation en oxygène de l'organisme varie également pendant l'effort. Pour observer ces variations, le sujet 2 accepte de se prêter à une expérience assistée par ordinateur (EXAO). Pour cela, le sprinter fixe, dans sa bouche, un embout le reliant à une enceinte dans laquelle un appareil mesure la teneur en oxygène de l'air qu'il respire ainsi que sa consommation.

Dans un premier temps, le sujet 2 reste au repos. L'ordinateur enregistre sa consommation en oxygène. L'écran affiche une courbe (1) correspondant à une consommation régulière : on obtient pratiquement une droite.

Dans un second temps, le sujet 2 effectue des flexions pendant 20 secondes : l'écran affiche une courbe (2) montrant une nette augmentation en oxygène liée à l'activité physique.

2. Les échanges entre les muscles et le sang

a) Des échanges gazeux

On place un fragment de muscle frais dans un tube dont le fond contient de l'eau de chaux. On ferme ce tube hermétiquement et on le relie (à l'aide d'un tube capillaire) à un récipient contenant de l'eau colorée. Au bout de quelque temps, on constate que l'eau de chaux s'est troublée, tandis que l'eau colorée est montée dans le tube capillaire. Ceci prouve que le muscle respire à partir de l'air contenu dans le récipient rempli d'eau colorée : il y a eu rejet de dioxyde de carbone troublant l'eau de chaux et absorption d'oxygène entraînant la montée de l'eau colorée dans le tube. Ainsi, tout organe vivant respire, comme l'organisme entier.

b) Le rôle de l'irrigation sanguine du muscle

• Le débit sanguin ou volume de sang traversant un organe par minute varie lors de l'effort musculaire. Ainsi, il diminue au niveau des organes abdominaux (reins, tube digestif) pour augmenter au niveau du cœur (il est alors multiplié par 4) et au niveau des muscles (il est alors multiplié par 10). Le débit sanguin varie pour subvenir aux nouveaux besoins liés à l'activité physique.

Variations du débit sanguin (en millilitre par minute) dans divers organes en fonction de l'activité physique

Organes	Repos	Exercice physique
Cerveau	750	750
Cœur	250	1 000
Organes abdominaux	3 100	600
Muscles	1 200	12 000
Total	5 300	14 350

• Dans l'organisme, les muscles réalisent des échanges gazeux et de nutriments avec le sang. Le sang qui traverse un muscle actif s'appauvrit en effet en oxygène et s'enrichit en dioxyde de carbone. Par ailleurs, le muscle a prélevé dans le sang un nutriment nécessaire à sa contraction : le glucose.

Variations de la composition du sang après son passage dans un muscle au repos, puis en activité

	O₂	O₂	CO₂	CO₂	Glucose	Glucose
Muscle au repos	SA	SV	SA	SV	SA	SV
Muscle au repos	20 ml	15 ml	50 ml	54 ml	90 mg	87 mg
Muscle au repos	−5 ml	−5 ml	+4 ml	+4 ml	−3 mg	−3 mg
Muscle en activité	SA	SV	SA	SV	SA	SV
Muscle en activité	22 ml	4 ml	42 ml	62 ml	90 mg	80 mg
Muscle en activité	−18 ml	−18 ml	+20 ml	+20 ml	−10 mg	−10 mg

SA : sang artériel « entrant » dans le muscle
SV : sang veineux « sortant » du muscle

Faire les tests