Masque d’analyse des gaz, prises de sang : mesurer ce que consomment les muscles d’un sportif, et d’où vient le glucose pendant l’effort.
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Consommation de dioxygène et de glucose
Module II : Éducation à la santéCatégorie d’actions : Mesure des paramètres physiologiquesClasse : 2nde C
💡 Idée principale : pendant l’effort, les muscles consomment beaucoup plus de dioxygène et de glucose. On mesure la consommation de O₂ par l’analyse des gaz respiratoires ou par le dosage du O₂ dans le sang qui entre et qui sort du muscle. Le glucose provient du sang et des réserves de glycogène du foie et des muscles, reconstituées par l’alimentation.
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Étapes résumées
Mesure de la consommation de O₂ : analyse des gaz expirés (masque) ou dosage sanguin artère/veine.
Le muscle au repos prélève 5 mL de O₂ par 100 mL de sang ; à l’effort, jusqu’à 15 mL.
La consommation de O₂ augmente au début de l’effort, atteint un plateau, puis diminue lentement.
Le muscle consomme aussi plus de glucose, pris dans le sang et dans ses réserves de glycogène.
Le foie libère du glucose pour maintenir la glycémie ; les repas reconstituent les réserves.
Situation problème
Lors de la course de l’Espoir sur le mont Cameroun, un coureur de Buea s’effondre, épuisé, au bout de deux heures. Les secouristes constatent une glycémie basse et lui donnent une boisson sucrée. Son entraîneur rappelle qu’il était parti le matin sans petit-déjeuner, « pour être plus léger ».
Consignes :
Relève le problème posé.
Que consomment les muscles pendant l’effort ?
Pourquoi le coureur aurait-il dû manger avant la course ?
le problèmela glycémiele glucose
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Compétence visée
Réduire les accidents au cours de l’effort en comprenant les besoins des muscles en dioxygène et en glucose.
Objectifs de la leçon
Présenter les méthodes de mesure de la consommation de dioxygène.
Décrire les variations de la consommation de O₂ au repos et au cours d’un effort.
Décrire la consommation du glucose par les muscles et l’utilisation des réserves.
Mesurer la consommation de dioxygène
Deux méthodes de mesure
Analyse des gaz respiratoires
Le sujet respire dans un masque relié à un analyseur : on mesure le volume d’air ventilé et la teneur en O₂ de l’air inspiré et expiré.
Dosage sur prélèvements sanguins
On dose le O₂ dans le sang de l’artère qui entre dans le muscle et dans celui de la veine qui en sort.
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Activité 1 : le muscle prélève plus de O₂ à l’effort
On dose le dioxygène dans le sang qui arrive à un muscle de la cuisse (artère) et dans le sang qui en sort (veine), au repos puis pendant un pédalage.
Document 1 : teneur en O₂ du sang à l’entrée et à la sortie d’un muscle.
Calcule la quantité de O₂ prélevée par le muscle au repos et à l’effort.
Sachant que le débit sanguin du muscle est aussi multiplié par 10 à l’effort, conclus.
Ce qu’il faut comprendre : le muscle prélève 5 mL de O₂ par 100 mL de sang au repos et 15 mL à l’effort. Comme le débit sanguin du muscle est en plus fortement augmenté, la consommation de O₂ du muscle peut être multipliée par 30 ou plus.
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Variations de la consommation de O₂ au cours de l’effort
Activité 2 : avant, pendant et après l’effort
Un élève pédale 10 minutes à puissance constante ; un analyseur mesure en continu son volume de O₂ consommé.
Document 2 : consommation de dioxygène au cours d’un exercice.
Décris l’évolution de la consommation de O₂.
Pourquoi reste-t-elle élevée quelques minutes après l’arrêt ?
Ce qu’il faut comprendre : la consommation passe de 0,3 L/min au repos à environ 2,5 L/min : elle augmente en quelques minutes puis atteint un plateau. Après l’arrêt, elle diminue progressivement : l’organisme « rembourse » la dette de O₂ contractée au début de l’effort (reconstitution des réserves, élimination de l’acide lactique).
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La consommation du glucose par les muscles
Activité 3 : le glucose consommé par le muscle
Glucose (g/L de sang)
Repos
Effort
Sang artériel (entrée du muscle)
1,00
1,00
Sang veineux (sortie du muscle)
0,95
0,80
Document 3 : glycémie à l’entrée et à la sortie d’un muscle.
Calcule le glucose prélevé par litre de sang au repos et à l’effort.
Ce qu’il faut comprendre : le muscle prélève 0,05 g/L au repos et 0,20 g/L à l’effort, soit 4 fois plus par litre ; avec l’augmentation du débit sanguin, la consommation de glucose augmente fortement. Le glucose est dégradé par la respiration (avec O₂) pour fournir l’énergie (ATP) de la contraction.
le muscleles hématiesle cœur
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Activité 4 : les réserves de glucose
Des biopsies de muscle de la cuisse permettent de doser le glycogène (forme de réserve du glucose) avant, pendant et après une course de 2 heures.
Document 4 : glycogène musculaire au cours d’une course et de la récupération.
Que devient le glycogène musculaire pendant la course ?
Comment se reconstitue-t-il ?
Ce qu’il faut comprendre : le muscle puise dans ses réserves de glycogène, qui diminuent fortement pendant l’effort. Le foie libère aussi du glucose à partir de son glycogène pour maintenir la glycémie proche de 1 g/L. Si les réserves s’épuisent, la fatigue arrive brutalement (« coup de barre », hypoglycémie). Les repas riches en glucides les reconstituent.
Conséquences pour le sportif
1. Les réserves énergétiques de l’organisme
Réserve
Lieu
Quantité (adulte)
Glucose sanguin
sang
≈ 5 g
Glycogène hépatique
foie
≈ 100 g
Glycogène musculaire
muscles
≈ 300 à 400 g
Lipides
tissu adipeux
plusieurs kg (efforts longs)
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Conseils
Prendre un repas riche en glucides complexes (riz, plantain, manioc, pain) 2 à 3 heures avant une compétition.
Boire régulièrement pendant l’effort ; une boisson légèrement sucrée aide lors des efforts de plus d’une heure.
Récupérer : manger et boire après l’effort pour reconstituer les réserves.
Trace écrite : ce que je retiens
À retenir
On mesure la consommation de O₂ par l’analyse des gaz respiratoires ou par le dosage du O₂ dans le sang artériel et veineux.
À l’effort, le muscle prélève plus de O₂ et reçoit plus de sang : sa consommation de O₂ augmente fortement.
La consommation de O₂ augmente, atteint un plateau, puis diminue lentement après l’effort (dette de O₂).
Le muscle consomme plus de glucose à l’effort ; il utilise le glucose sanguin et ses réserves de glycogène.
Le foie maintient la glycémie ; l’alimentation reconstitue les réserves.
je retiensle plantainla faune sauvage
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Vocabulaire à connaître
Glycogèneforme de réserve du glucose dans le foie et les muscles.Glycémieconcentration du glucose dans le sang (≈ 1 g/L).Dette de O₂dioxygène consommé en plus après l’effort.Biopsieprélèvement d’un petit fragment d’organe pour l’analyser.Hypoglycémieglycémie trop basse, cause de malaise.
Je m’évalue
1. Quel sang est le plus riche en O₂ : artériel ou veineux ?
2. Cite une méthode de mesure de la consommation de O₂.
3. Sous quelle forme le glucose est-il stocké dans les muscles ?
4. Quel organe libère du glucose dans le sang pendant l’effort ?
Réponses : artériel · analyse des gaz respiratoires ou dosage sanguin · glycogène · le foie. Le corrigé détaillé et d’autres exercices de ce chapitre sont dans les exercices corrigés.
le sangl’ADNla respiration
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Erreurs fréquentes
Croire que le muscle utilise directement les aliments : il utilise le glucose du sang et son glycogène.
Penser que la consommation de O₂ revient au repos dès l’arrêt de l’effort.
Partir à jeun pour une compétition « pour être léger ».
Méthode
Pour calculer une quantité prélevée par un organe : fais la différence entre la teneur à l’entrée (artère) et à la sortie (veine), puis multiplie par le débit sanguin si on te le donne.
Activité d’intégration
Pour préparer les jeux FENASCO, l’équipe de football du lycée de Bafia s’entraîne à midi, souvent sans avoir déjeuné. Plusieurs joueurs ont des malaises en seconde mi-temps.
Explique d’où les muscles tirent le glucose pendant un match.
Montre que la consommation de O₂ et de glucose augmente pendant l’effort.
Propose un plan d’alimentation simple pour la veille et le jour du match.