Collège · 3ᵉ · SVT
L'organisme en activité
Liens entre muscles, os et système nerveux lors de l'effort
À propos de cette page
Os, articulations, muscles : la mécanique du mouvement
Le squelette (206 os) soutient le corps et sert de levier. Deux os sont reliés par une articulation : les surfaces sont recouvertes de cartilage lisse, baignées par un liquide lubrifiant, et maintenues par des ligaments, sortes de sangles os-os.
Le mouvement vient des muscles squelettiques (plus de 600), attachés aux os par des tendons. Un muscle ne sait faire qu'une chose : se contracter, c'est-à-dire se raccourcir en tirant sur ses tendons. Il ne pousse jamais. Pour plier puis tendre le bras, il faut donc deux muscles opposés, dits antagonistes : le biceps fléchit l'avant-bras, le triceps l'étend. Quand l'un se contracte, l'autre se relâche.
| Tendon | relie un muscle à un os ; blanc, très résistant, peu élastique |
| Ligament | relie un os à un os ; stabilise l'articulation |
| Cartilage | tissu lisse aux extrémités des os ; amortit et réduit les frottements |
La commande nerveuse du mouvement
Un muscle ne se contracte que s'il reçoit un ordre : un message nerveux, de nature électrique, qui circule le long des neurones à près de 100 m/s.
Le cerveau ne décide pas à l'aveugle. Des récepteurs sensoriels (yeux, oreille interne pour l'équilibre, capteurs des muscles et des articulations) envoient en permanence des messages sensitifs par les nerfs sensitifs vers la moelle épinière et le cerveau, qui ajuste l'ordre suivant. Attraper un ballon, c'est une boucle continue : voir → décider → contracter → sentir → corriger.
| Centres nerveux | cerveau + moelle épinière : reçoivent, traitent, commandent |
| Nerfs sensitifs | transportent l'information des récepteurs vers les centres |
| Nerfs moteurs | transportent l'ordre des centres vers les muscles (effecteurs) |
| Réflexe | réponse rapide et involontaire, traitée par la moelle épinière sans attendre le cerveau (retrait de la main d'une plaque chaude) |
Ce que consomme un muscle qui travaille
Se contracter coûte de l'énergie. Chaque cellule musculaire la libère par la respiration cellulaire :
Le glucose vient du sang et des réserves du muscle (glycogène) ; le dioxygène vient du sang. Plus l'effort est intense, plus le muscle consomme : un muscle actif prélève jusqu'à 20 fois plus d'O₂ et de glucose qu'au repos, et rejette d'autant plus de CO₂ et de chaleur (d'où la sueur, qui refroidit le corps par évaporation).
| Repos | Effort intense | |
| O₂ consommé par l'organisme | 0,25 L/min | 3 à 4 L/min |
| Part du sang envoyée aux muscles | ≈ 20 % | ≈ 80 % |
| Température du muscle | 37 °C | 39-40 °C |
Cœur et poumons s'adaptent à l'effort
Pour livrer plus d'O₂ et de glucose et évacuer plus de CO₂, l'organisme augmente les débits.
| Repos | Effort maximal | |
| Fréquence cardiaque (battements/min) | 70 | 180-200 |
| Volume éjecté à chaque battement (mL) | 70 | 120 |
| Débit cardiaque = fréquence × volume (L/min) | ≈ 5 | ≈ 20-25 |
| Fréquence respiratoire (mouvements/min) | 15 | 40-50 |
| Volume d'air par mouvement (L) | 0,5 | 2-3 |
| Débit ventilatoire = fréquence × volume (L/min) | ≈ 7,5 | ≈ 100 |
Le sang est aussi redistribué : les vaisseaux des muscles se dilatent, ceux du tube digestif se resserrent. Ces réglages sont commandés par le système nerveux, qui détecte la hausse du CO₂ et l'activité des muscles, et par des hormones (adrénaline). Ils commencent même avant l'effort, dès que l'on s'y prépare.
Limites de l'organisme, blessures et dopage
L'organisme a des limites : réserves de glycogène épuisées après 1 h 30 à 2 h d'effort soutenu (le « mur » du marathonien), surchauffe si la sueur ne suffit plus (coup de chaleur, aggravé par la déshydratation), fatigue musculaire et crampes. L'échauffement, l'hydratation et la progressivité réduisent les risques.
| Entorse | ligament étiré ou déchiré (cheville, genou) |
| Claquage, déchirure | fibres musculaires rompues lors d'une contraction violente |
| Tendinite | inflammation d'un tendon par répétition du même geste |
| Luxation | os sorti de son articulation (épaule) |
| Fracture | os cassé ; fracture de fatigue par microchocs répétés |
- EPO (hormone) et transfusions : plus de globules rouges, donc plus d'O₂ transporté ; mais un sang épaissi qui menace de boucher les vaisseaux (infarctus, AVC).
- Stéroïdes anabolisants : plus de muscle ; troubles hormonaux, foie, agressivité.
- Stimulants (amphétamines) : la fatigue n'est plus ressentie, l'organisme dépasse ses limites (surchauffe, troubles cardiaques).
Entraînement et sédentarité : les effets à long terme
Répété, l'effort transforme l'organisme. Chez le sportif entraîné : cœur plus gros et plus puissant (volume éjecté 100 mL au repos, fréquence de repos 40-50 au lieu de 70), plus de capillaires et de mitochondries dans les muscles, meilleure extraction de l'O₂, os plus denses, réserves de glycogène plus grandes. À effort égal, le cœur bat moins vite et la récupération est plus rapide.
À l'inverse, la sédentarité (position assise prolongée, écrans, déplacements motorisés) affaiblit le cœur et les muscles, favorise le surpoids, le diabète de type 2 et les maladies cardiovasculaires. L'OMS recommande aux 5-17 ans 60 minutes d'activité physique par jour, d'intensité modérée à soutenue ; moins d'un adolescent français sur cinq y parvient.
- Le muscle se contracte et tire sur un os par un tendon ; l'articulation est tenue par des ligaments ; muscles antagonistes.
- Commande : cerveau → moelle épinière → nerf moteur → muscle ; les nerfs sensitifs renseignent les centres en retour.
- Le muscle consomme glucose + O₂ (respiration cellulaire) et rejette CO₂, eau, chaleur.
- À l'effort, fréquence cardiaque, volume éjecté, fréquence et amplitude respiratoires augmentent : débit = fréquence × volume.
- Blessures : entorse (ligament), claquage (muscle), tendinite (tendon) ; dopage = danger (EPO, anabolisants, stimulants).
- L'entraînement renforce cœur et muscles ; la sédentarité nuit à la santé : 60 min d'activité par jour pour les jeunes.
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