besoin en énergie de l'organisme

5.1/ Rappels

Lorsqu'on fait du sport, ou qu'on s'agite notre fréquence cardiaque (battements du cœur par minute) et notre fréquence respiratoire (nombre d'inspiration par minute) augmentent. Nos expériences démontrent que plus l'effort est intense plus l'augmentation de la fréquence est importante. Nous savons que pour fonctionner l'organisme à besoin d'énergie apportée par la nourriture mais aussi de dioxygène apporté par la respiration. Dans ce chapitre nous allons essayer de comprendre comment fonctionne notre organisme et quels sont les besoins de notre organisme pour fonctionner.

 

5.2/ Analogie avec les moteurs de voiture.

Les muscles sont les organes qui nous permettent de nous mouvoir, on peut donc dire que ce sont les moteurs de notre organisme. Si ce sont les moteurs de notre organismes est-ce qu'ils fonctionnent de la même manière. Nous savons peu de choses sur le muscle, par contre nous savons pleins de choses sur comment fonctionne les moteurs de voiture. Nous allons faire un tableau où nous mettrons ce que fait un moteur de voiture et nous comparerons avec ce que nous savons sur le fonctionnement du muscle. 

Le moteur de voiture

Les besoins (pour fonctionner)

- de l'essence (de l'énergie)

- une alimentation (pour amener l'énergie)

- de l'air (un moteur de voiture ne marche pas sur la lune ou sous l'eau)

 

La production (fabriqué par le moteur)

- un mouvement (le moteur fait bouger la voiture)

- de la pollution (des déchets)

- du  dioxyde de carbone

- de l'eau (c'est la vapeur d'eau qu'on voit s'échapper l'hiver des pots d'échappements)

- de la chaleur (les moteurs sont chauds en hiver)

Le muscle

Les besoins (pour fonctionner)

- de l'énergie (elle doit provenir de notre alimentation)

- du sang (pour amener l'énergie aux muscles)

- du dioxygène (lors de la respiration)

 

La production (fabriqué par le muscle)

- un mouvement (le muscle fait bouger). On parlera souvent de travail

- des déchets (mais on n'est pas sûr, il faudra le vérifier)

- du  dioxyde de carbone (probablement aussi, comme la voiture)

- de l'eau (quand on fait du sport on transpire, mais est-ce lié?)

- de la chaleur (quand on fait du sport on a chaud)

1Par analogie avec le moteur de voiture nous avons pu trouver différents besoins pour le fonctionnement des muscles. Toutefois, certaines choses nous semblent bizarres et nous devons les vérifier.

 

5.3/ Les besoins en dioxygène du muscle.

Nous avons vu lors du chapitre sur la respiration que dans le poumon le sang échange du dioxyde de carbone provenant du sang contre du dioxygène provenant de l'air. C'est donc qu'il existe dans notre organisme quelque chose qui va consommer le dioxygène et fabriquer du dioxyde de carbone. Par analogie avec le moteur de voiture, le muscle pourrait être un bon candidat pour ce genre d'opération. Afin de nous en assurer, nous allons mesurer (par analyse de document) la composition du sang entrant dans le muscle et la composition du sang sortant du muscle. (Pour réaliser ceci nous avons fait plusieurs exercices en classe, afin de bien comprendre comment ça marche).

Les analyses sont réalisées sur 100 mL de sang

	Sang entrant	Sang Sortant
Dioxygène	20 mL	15 mL
Dioxyde de carbone	36 mL	42 mL

 

 

 

On observe que la quantité de dioxygène qui sort du muscle est plus faible que celle qui y rentre. C'est donc que le muscle a prélevé du dioxygène, ici 5 mL (sang entrant - sang sortant = 20 - 5 = 5 mL). De la même manière la quantité de dioxyde de carbone qui sort du muscle est plus élevée que celle y entrant. C'est donc que le muscle a produit du dioxyde de carbone, ici 6 mL (sang entrant - sang sortant = 36 - 42 = -6, le muscle a consommé - 6 mL de dioxyde de carbone, donc il a produit 6 mL de dioxyde de carbone). On a donc pu établir ce que le muscle consommait pour 100 mL de sang.

Toutefois, nous pouvons imaginer que les variations observées sont dues à d'autres facteurs que le muscle et sont donc normales. Elles seraient représentatives de l'activité basale de notre organisme. Afin d'être sûr de nos résultats nous allons refaire la même expérience, mais lorsque le muscle travaille. A chaque fois les analyses sont réalisées sur 100 mL de sang.

	Muscle au repos		Muscle en activité
	sang entrant	sang sortant	sang entrant	sang sortant
Dioxygène	20 mL	15 mL	20 mL	12 mL
Dioxyde de carbone	36 mL	42 mL	36 mL	46 mL

 

 

 

On observe qu'il y a peu de variations entre le muscle au repos et le muscle en activité. Le muscle au repos consomme 5 mL de dioxygène et produit 6 mL de dioxyde de carbone alors que le muscle en activité consomme 8 mL de dioxygène et produit 10 mL de dioxyde de carbone. On pourrait croire que les différences sont dues à des erreurs de mesure. Sauf que si on analyse mieux nos résultats on observe que dans le muscle au repos il passe 5 L de sang par minute et que dans le muscle en activité il passe 10L de sang par minute. Donc si on calcule la consommation de dioxygène ou la production de dioxyde de carbone pour 1 minute on obtient :

Pour la consommation du muscle au repos en 1 minute.

Dans un premier temps il faut calculer la consommation de dioxygène dans 100 mL de sang à partir des données du tableau.
On va utiliser la formule suivante :
Composé consommé = volume du composé dans le sang sortant - volume du composé dans le sang entrant
Si le résultat de l'opération est positif, le composé est consommé par le muscle, si le résultat est négatif, c'est que le composé est consommé.
ce qui donne dans notre exemple :
20 - 15 = 5
Donc dans 100 mL (0,1 L) de sang le muscle consomme 5 mL de dioxygène

Or en 1 minute il passe 5L de sang le muscle au repos pour calculer le volume de dioxygène consommé par le muscle on va utiliser les méthodes suivantes:

1/ Règle de la proportionnalité :
Dans 5 L de sang (volume de sang passant dans le muscle en 1 minute) combien y a t'il de fois 1OO mL (soit 0,1 L)
5 : 0,1 = 50
Dans 5 L de sang il y a 50 fois 100 mL
La consommation de O₂ pour 100 mL doit donc être multipliée par 50 pour obtenir la consommation en 1 minute.
5 x 50 = 250
En 1 minute le muscle consomme 250 mL de dioxygène

2/ On applique la règle de l'égalité des produits en croix et on obtient :
pour 0,1 L de sang -----> 5 mL de O₂ consommé
pour 5 L de sang   -----> ? mL de O₂ consommé

On peut donc écrire l'égalité suivante :
0,1 x ? = 5 x 5 (attention de bien utiliser la même unité, ici le litre pour le volume de sang, et pareil le volume de dioxygène consommé, ici le mL)
0,1 x ? = 25
(on peut diviser de part et d'autres de l'égalité par un même nombre, sans changer l'égalité, ce qui va donner :) 
(0,1 : 0,1) x ? = 25 : 0,1
1 x ? = 250
? = 250 mL de dioxygène consommé par le muscle au repos en 1 minute.

On va calculer la production de dioxyde de carbone pour le muscle au repos.

Le muscle produit 6 mL de dioxyde de carbone pour 100 mL de sang.

Au repos il passe 5 L de sang en 1 minute. On va calculer le coefficient de proportionnalité (combien y a-t'il de fois 100 mL dans 5 L)

5 : 0,1 = 50 Donc en 1 minute il passe 50 fois plus de sang que lors de notre prélèvement donc:

6 x 50 = 300 mL de dioxyde de carbone produit par le muscle au repos en 1 minute.

 

Consommation pour le muscle en activité durant 1 minute

Vous pouvez faire les mêmes calculs à vous de jouer. Pour vous aider voilà les résultats que vous devez trouver:

Consommation de dioxygène pour 1 minute = 800 mL

Production de dioxyde de carbone pour 1 minute = 1000 mL

Ces résultats démontrent, sans ambiguïté que le muscle prélève du dioxygène dans le sang et produit du dioxyde de carbone qu'il va rejeter dans le sang. On peut donc établir un premier bilan sur les besoins en dioxygène du muscle. Nous pouvons donc établir le schéma bilan suivant :

 

5.4/ Les besoins en énergie du muscle

Nous avons dit en introduction que les muscles sont nos moteurs. Nous avons dit qu'ils reçoivent de l'énergie pour fonctionner. Que cette énergie provient des aliments que nous digérons. Nous verrons dans le chapitre suivant les grands principes de la digestion. Mais nous savons déjà que les aliments ne passent pas directement dans le sang et que même ils ne sont jamais en contact avec lui. Il doit donc y avoir dans le système digestif un système permettant de récupérer les aliments. On sait que lorsque les aliments passent dans le sang ils sont appelés des nutriments. On sait que les nutriments sont composées de 3 catégories (les glucides (sucres), les lipides (graisses) et les protides (protéines). Ce sont donc les principales sources d'énergie du muscle. Pour mettre en évidence le rôle important du glucose (sucre) dans le fonctionnement du muscle nous avons réalisé l'expérience suivante :

Expérience sur la consommation de glucose par le muscle et le TP qui correspond.

A partir de cette expérience nous avons pu mettre en évidence que le muscle consomme du glucose, même au repos. En faisant des prélèvements sanguins, comme précédemment, nous aurions pu mettre en évidence les besoins en énergie du muscle.

 

5.5/ Conclusions

5.5.1/ Les muscles

Les muscles sont les organes qui nous permettent de nous mouvoir. Ils fournissent un travail. Pour fournir ce travail ils consomment du dioxygène et de l’énergie et rejettent des déchets. On va trouver différents déchets comme le dioxyde de carbone, l’eau et d’autres résidus. Par ailleurs, nous l’avons tous remarqué, lors d’un effort physique la température de notre corps s’élève rapidement et nous nous mettons à transpirer. C’est donc que le muscle en travaillant produit de la chaleur.

L’énergie et le dioxygène doivent être apporté au muscle à partir de leur lieu de stockage ou d’approvisionnement. Dans le corps humain, le dioxygène provient des poumons et plus particulièrement des alvéoles pulmonaires. Le seul élément qui circule dans le corps humain est le sang. C’est donc le sang qui va transporter le dioxygène des alvéoles pulmonaires jusqu’au muscle. Ce doit être la même chose pour l’approvisionnement en énergie. Nous savons que l’énergie provient de ce que nous mangeons. Par conséquent, l’énergie doit être transportée du lieu de fabrication (tube digestif) jusqu’au muscle. Le sang sera là aussi le transporteur de l’énergie. Vu que le sang semble la seule partie mobile dans l’organisme, c’est donc le sang qui va aussi évacuer les déchets. 

On peut donc réaliser le schéma bilan suivant :

 

5.5.2/ Les autres organes

Nous avons parlé des muscles, mais qu'en est il des autres organes de notre corps?

Tous les organes consomment du dioxygène et de l'énergie et produisent des déchets, de l'eau, du dioxyde de carbone et de la chaleur lorsqu'elles produisent un travail. Toutefois certains organes comme le cerveau, le foi ou même le cœur sont toujours actifs. Par conséquent il y aura peu de variation des besoins en énergie pour ces organes entre le repos et un effort intense.

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