Santé / Sports

Comment nos organes s'adaptent pendant l'exercice physique

Temps de lecture : 5 min

Quelles réponses physiologiques doit déclencher notre organisme lors de l'effort, pour adapter ses ressources aux besoins des muscles?

Le fonctionnement de nos organes s'adapte sans cesse à l'intensité et à la durée de l'effort. | Foodfacts via Flickr
Le fonctionnement de nos organes s'adapte sans cesse à l'intensité et à la durée de l'effort. | Foodfacts via Flickr

Tous ceux et celles qui cherchent à perdre du poids le savent parfaitement: faire du sport permet de «brûler» des calories, autrement dit de dépenser de l'énergie.

Ceci dit, comment fait notre organisme pour livrer rapidement cette énergie aux muscles qui vont la consommer, en passant du repos à un effort intense? Et de quelle manière parvient-il dans le même temps à limiter les variations de paramètres aussi importants que la température, la quantité d'eau et de sucres… en somme tout ce qui fait le «milieu intérieur» cher à Claude Bernard?

Lors d'une activité physique soutenue, pour être à même de se contracter plus souvent et avec davantage de force qu'au repos, nos muscles doivent disposer d'apports accrus en oxygène et en nutriments. Et cela implique une série de réponses des différents organes chargés de couvrir ces besoins: le cœur, les vaisseaux sanguins et les poumons.

En réalité, le fonctionnement de ces organes s'adapte constamment à l'intensité et à la durée de l'effort. Et cela se produit de manière inconsciente et automatique, sous le contrôle de notre système nerveux autonome (SNA) –une sorte de régulateur nerveux qui gère l'ensemble de nos fonctions vitales.

Un cœur qui bat plus fort et plus vite

En augmentant tant en nombre qu'en intensité, les contractions de nos muscles activent des récepteurs sensibles à l'étirement et aux tensions du tissu musculaire et tendineux. Résultat, un message est envoyé jusqu'aux centres nerveux autonomes du bulbe rachidien, qui va pouvoir en conséquence moduler l'activité cardiaque.

Dans le même temps, ces contractions appuient sur les vaisseaux sanguins alentour, et activent d'autres récepteurs sensibles à la pression. Ce qui va stimuler le système nerveux autonome –et plus précisément le système nerveux sympathique.

Ordre est ainsi donné au cœur de battre plus vite et plus fort, pour accroître le volume de sang délivré à chaque instant, et fournir aux muscles actifs l'oxygène et les nutriments nécessaires à leurs contractions.

En outre, dans les muscles, des neurotransmetteurs libérés par la stimulation du système nerveux autonome conduisent les vaisseaux sanguins, et notamment les artérioles des muscles squelettiques à se dilater. Ce qui augmente encore la quantité de sang disponible.

À titre d'exemple, pour les athlètes les plus entraînés, le débit cardiaque peut passer de 6-7 l/min au repos, à 40 l/min lors d'un effort maximal.

Une respiration plus ample et plus rapide

Une même logique s'applique à la respiration. Au début de l'effort, les muscles consomment plus d'oxygène et rejettent plus de dioxyde de carbone qu'ils ne le font habituellement. Dès lors, dans le sang, les pressions partielles de ces gaz changent, et le pH diminue, ce qui active des chimiorécepteurs, moyennant quoi le système nerveux autonome est alerté.

En réponse, il fait augmenter la fréquence respiratoire et le volume d'air utilisé. Ainsi, le sang peut largement se charger d'oxygène, mais aussi se décharger massivement de son dioxyde de carbone. Les muscles actifs pourront alors continuer à travailler grâce à l'adaptation de l'apport en oxygène en accord avec leur demande.

Là encore, on notera que chez les athlètes de haut niveau, la ventilation peut passer de 6 l/min au repos à près de 200 l/min, pour les athlètes à l'effort maximal.

Des stocks d'énergie renouvelés

Si les muscles bénéficient d'un apport massif en oxygène et en nutriments grâce à l'activation des systèmes cardio-vasculaire et respiratoire, l'énergie doit être gérée au mieux pour assurer la continuité de l'effort musculaire.

Cette énergie est stockée par le biais d'une molécule qui porte le nom d'adénosine triphosphate, ou ATP. Et pendant l'effort, les stocks d'ATP doivent être renouvelés, pour maintenir le plus stable possible la juste quantité d'énergie nécessaire à la poursuite de l'exercice physique.

Ce renouvellement dépend globalement de la quantité de masse musculaire engagée: on considère par exemple que lors d'un effort continu, une personne de 70 kg engage 15 kg de masse musculaire. Mais il faut aussi que le muscle puisse utiliser des réserves d'ATP autre que les siennes, car non seulement ses dernières sont limitées, mais ses capacités à les renouveler le sont aussi.

Notre cerveau semble s'adapter pour gérer au mieux l'ensemble des systèmes biologiques impliqués dans l'exercice.

En pratique, pour subvenir à ses besoins et en fonction de la durée et de l'intensité de l'exercice physique, le muscle peut utiliser l'ATP fourni par l'oxydation du glucose et de certains lipides qui circulent dans le sang.

Autre point important: le muscle peut augmenter sa consommation d'oxygène en le captant davantage dans le sang. Chez un athlète très endurant de 70 kg, cette consommation passe ainsi de 0,7 ml/min/kg d'oxygène au repos, à plus de 85 ml/min/kg à l'effort.

On le voit, les réponses cardiovasculaires, respiratoires et musculaires permettent à la fois de s'adapter à des efforts physiques intenses ou soutenus. Mais le cerveau, la peau ou encore les reins sont également sollicités.

Le cerveau, on le sait, dirige tous nos mouvements. Or, au cours de l'effort, on observe une redistribution du flux sanguin à destination des zones impliquées dans le contrôle de la locomotion et des fonctions cardiorespiratoires, vestibulaires et visuelles: ces régions étant mieux alimentées en oxygène et en nutriments, elles vont pouvoir fonctionner plus vite et mieux communiquer avec les muscles en action.

En parallèle, le cerveau est capable d'adapter les substrats dont il obtient de l'énergie en fonction des ressources et de ses besoins. Quand le glucose vient à manquer, il peut en effet tirer l'ATP nécessaire à son fonctionnement du lactate. Une option intéressante, s'agissant de préserver les stocks de glucose, mais aussi d'éviter, au cours d'efforts prolongés, de perturber l'équilibre acido-basique du muscle squelettique, et donc ses performances.

En somme, notre cerveau semble s'adapter pour gérer au mieux l'ensemble des systèmes biologiques impliqués dans l'exercice.

Halte à la surchauffe!

Organe à part entière, la peau joue un rôle important au cours de l'exercice. Et ce, encore une fois, grâce à l'intervention du système nerveux autonome, et plus précisément de nerfs dits sympathiques dont l'activité augmente à l'effort au niveau de la peau.

Grâce à leur activation, le flux sanguin sous-cutané augmente, et l'excès de chaleur produit par la contraction de nos muscles peut être dissipé par la convection du sang au contact de la peau plus fraîche. Cet effet est majoré par l'augmentation de la transpiration, grâce aux glandes sudoripares de la peau.

Combinés, ces deux mécanismes permettent à notre température interne de ne pas trop grimper pendant l'effort. Ce qui autorise un fonctionnement optimal de nos organes.

Les reins, contre une déperdition d'eau excessive

Lors de l'exercice, la transpiration augmente, tout comme la respiration et donc l'expiration d'un air chargé d'eau. Or, selon la durée de l'effort et l'état d'hydratation juste avant, il peut en résulter une déshydratation plus ou moins importante –on l'estime potentiellement mortelle si l'eau perdue dépasse 10 à 15% du poids, soit 20 à 30% de l'eau totale du corps.

Nos reins, heureusement, limitent les dégâts. En effet, les pertes d'eau liées à l'exercice physique stimulent une réabsorption d'eau et de sel au niveau rénal.

Ce mécanisme semble particulièrement efficace lors d'efforts intenses et de courte durée (test d'effort maximal), la quantité d'eau perdue ne dépassant pas 1% de la masse corporelle. Mais on ne doit pas pour autant s'abstenir de boire avant, pendant et après l'exercice.

Vous l'aurez compris, l'exercice physique engendre une multitude de réponses physiologiques, pour adapter constamment les ressources aux besoins. Et si n'ont été évoqués ici que les effets «aigus» de l'exercice, les effets à long terme sont tout aussi passionnants à étudier… et bénéfiques pour tous les pratiquants! Prêts à vous confronter à la magie de votre corps en mouvement?

Cet article est republié à partir de The Conversation sous licence Creative Commons. Lire l'article original.

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