Les mouvements sont permis par la contraction des muscles. Pour leur apporter, par voie sanguine, l'énergie dont ils ont besoin, diverses modifications se produisent dans l'organisme, sous le contrôle du système nerveux.
Les besoins en énergie d'un organe : le muscle
Le muscle est un organe qui a besoin de gaz et de nutriments pour fonctionner. Ces éléments sont apportés par le sang et ces apports sont adaptés en fonction des besoins du muscle.
Le muscle est un organe capable de se raccourcir (contraction). Il permet ainsi de mettre en mouvement diverses parties du corps. Les muscles consomment donc de l'énergie et ce, même au repos :
- absorption de dioxygène (\ce{O2}) et rejet de dioxyde de carbone (\ce{CO2}) ;
- consommation de nutriments (glucose).
C'est le sang qui permet d'apporter les nutriments et les gaz dont le muscle a besoin grâce aux vaisseaux sanguins.
Les muscles, comme tous les autres organes, prennent le dioxygène et les nutriments se trouvant dans le sang. Ils y rejettent ensuite les déchets qu'ils produisent, comme le dioxyde de carbone (\ce{CO2}). Le sang circule dans les différents vaisseaux sanguins :
- les artères, qui conduisent le sang du cœur vers les organes ;
- les veines, qui contiennent le sang allant des organes vers le cœur ;
- les capillaires (très fins vaisseaux sanguins à l'intérieur d'un organe), au niveau desquels se font les échanges de gaz et de nutriments.
En fonction de l'activité du muscle, l'intensité des échanges en gaz et en nutriments varient.
En effet, lors de l'effort physique, un muscle consomme davantage d'énergie qu'au repos. Plus l'effort est intense, plus les besoins musculaires sont élevés et plus les échanges sont importants :
- consommation accrue de dioxygène et de glucose ;
- rejet accru de dioxyde de carbone.
Ainsi, lors de l'effort physique, le sang qui sort des muscles est :
- plus pauvre en dioxygène et en nutriments que le sang qui y est entré ;
- plus riche en dioxyde de carbone que le sang qui y est entré.
Selon l'intensité de l'effort chez un homme, on peut relever les chiffres suivants :
| Repos | Effort modéré (marche) | Effort important (course) | |
| Énergie dépensée (kJ/h) | 400 | 800 | 1 700 |
| Glucose consommé (g/h) | 3 | 12 | 24 |
| Dioxygène consommé (L/min) | 0,4 | 0,8 | 2,9 |
Le système nerveux
Le système nerveux est responsable du mouvement volontaire ou non des muscles. Il est composé du cerveau, qui reçoit les informations sensorielles et envoie les ordres aux organes du corps, et des cellules nerveuses, qui conduisent les signaux électriques dans l'organisme. Le cerveau commande donc la contraction des muscles grâce aux cellules nerveuses.
Le cerveau est l'acteur principal du système nerveux. Il est organisé en différents lobes responsables de différentes tâches.
Il s'agit d'un centre nerveux qui reçoit les informations sensorielles et envoie des ordres aux organes du corps. Des messages élaborés par le cerveau sont ainsi transmis aux muscles qui, en se contractant et en se relâchant, permettent les mouvements du corps.
Informations sensorielles
Les informations sensorielles nous informent sur les caractéristiques de notre environnement (température, lumière, etc.) et sur l'état de notre corps. Elles proviennent de capteurs spécialisés.
Centre nerveux
Le centre nerveux, souvent représenté par le cerveau et la moelle épinière, est l'organe qui réceptionne et traite des messages nerveux venant des organes des sens (intégration) et qui élabore une ou plusieurs réponses, souvent motrices, à ces messages.
La surface du cerveau, nommée « cortex », est formée de cellules nerveuses (ou neurones) connectées entre elles. On distingue plusieurs zones, ayant chacune des fonctions distinctes. La zone motrice, qui permet de commander la contraction musculaire lors de l'effort, est située dans le lobe frontal (en avant du cerveau, au niveau du front).
En plus du lobe frontal, il existe le lobe pariétal (sensibilité corporelle), le lobe temporal (audition) et le lobe occipital (vision).
Ce sont les cellules nerveuses qui transmettent les messages du cerveau vers les autres organes comme les muscles.
Le cerveau contient environ 100 milliards de cellules nerveuses (ou neurones). Ces cellules forment des prolongements, les fibres nerveuses, regroupées en nerfs, qui conduisent des signaux électriques dans l'organisme. Ces messages nerveux parcourent les nerfs des centres nerveux jusqu'aux organes. Le cerveau peut ainsi commander la contraction des muscles grâce aux cellules nerveuses.
Nerf
Un nerf est un organe qui relie un centre nerveux à un autre organe et qui transmet des messages nerveux.
Message nerveux
Un message nerveux est un ensemble d'informations qui se transmet le long d'un neurone et d'un neurone à un autre.
Les modifications liées à l'activité physique
Lors d'un exercice physique, plusieurs paramètres du corps humain vont être modifiés : le rythme cardiaque, la température du corps et le rythme respiratoire (ou ventilatoire) augmentent.
Lors d'un exercice physique, le rythme cardiaque augmente. En effet, lors d'un effort, les besoins en énergie sont plus importants. L'augmentation du rythme cardiaque permet d'augmenter le débit cardiaque, et par conséquent, d'apporter davantage de sang (et donc de dioxygène et de nutriments) aux muscles. De 70 battements par minute (BPM) environ au repos, il peut s'élever jusqu'à 180 BPM lors d'efforts extrêmement intenses.
Par ailleurs, lors d'un exercice physique, les muscles actifs dégagent de la chaleur. La température du corps augmente puis retrouve sa valeur de repos après récupération. La chaleur produite est éliminée, par l'intermédiaire du sang, au niveau de la peau. Cela s'accompagne d'une vaporisation d'eau : c'est la transpiration.
La température ne doit pas trop s'élever dans l'organisme, sous peine de provoquer des lésions graves.
Enfin, lors d'un exercice physique, le rythme respiratoire (ou ventilatoire) augmente pour répondre aux besoins des muscles. L'augmentation du rythme respiratoire permet de mieux renouveler l'air des alvéoles pulmonaires et de mieux oxygéner le sang. L'apport de dioxygène est effectivement plus important au niveau des muscles lors de l'effort, car ils en ont davantage besoin. Le rythme respiratoire est voisin de 12 à 15 cycles (inspiration + expiration) par minute au repos ; il peut s'élever jusqu'à 40 cycles par minute durant l'effort.
