Exercices: Fréquences cardiaque et respiratoire à l'effort

Citer deux modifications de l'organisme que l'on constate pendant un effort physique intense, comme une course.

Au repos, le cœur d'un collégien bat 72 fois par minute. Calculer le nombre de battements en 10 secondes, puis en 15 secondes.

Indiquer les deux gaz dont les échanges augmentent dans les muscles pendant un effort et préciser lequel est consommé et lequel est produit.

Lors d'une séance d'EPS au collège, Léa mesure son pouls : 78 battements par minute au repos, 150 battements par minute après 5 minutes de course, 96 battements par minute 3 minutes après l'arrêt.

1. a) Calculer l'augmentation de fréquence cardiaque entre le repos et l'effort, en battements par minute puis en pourcentage (arrondir à l'unité).

1. b) Interpréter la valeur observée 3 minutes après l'arrêt.

1. c) Expliquer le rôle de cette augmentation de fréquence pour les muscles.

Un élève de 5e a un volume d'air inspiré de 0,5 L à chaque mouvement respiratoire au repos, avec 15 mouvements par minute. À l'effort, le volume passe à 1,5 L avec 30 mouvements par minute.

1. a) Calculer le volume d'air ventilé par minute au repos et à l'effort.

1. b) Calculer combien de fois le volume ventilé a été multiplié.

1. c) Expliquer pourquoi cette augmentation est utile aux muscles.

Pour une personne au repos, le débit cardiaque est de 5 L/min avec une fréquence de 70 battements par minute.

1. a) Calculer le volume de sang éjecté à chaque battement, en mL (arrondir à l'unité).

1. b) À l'effort, la fréquence est de 150 battements par minute et le volume par battement de 100 mL. Calculer le nouveau débit cardiaque en L/min.

1. c) Expliquer le lien entre ce débit et l'apport de dioxygène aux muscles.

Deux élèves d'un collège de Lille, Hugo (sportif régulier) et Inès (sédentaire), réalisent le même effort de 5 minutes. On mesure :

• Hugo : repos 60 bpm, effort 140 bpm, retour à 65 bpm après 2 minutes de récupération ;

• Inès : repos 80 bpm, effort 175 bpm, retour à 100 bpm après 2 minutes de récupération.

1. a) Calculer pour chacun l'augmentation de fréquence cardiaque à l'effort.

1. b) Comparer la récupération des deux élèves.

1. c) Proposer une explication à ces différences en lien avec l'entraînement, et justifier qu'un cœur entraîné est plus efficace.

Pendant un effort, la consommation de dioxygène de l'ensemble des muscles passe de 0,3 à 3 L/min. Le sang apporte 0,2 L de dioxygène par litre de sang, et les muscles en extraient environ 60 % lors de son passage.

1. a) Calculer le volume de sang nécessaire par minute pour fournir 3 L de dioxygène aux muscles (arrondir à 0,1 L).

1. b) Comparer cette valeur à un débit cardiaque de 5 L/min au repos et conclure sur la nécessité d'augmenter le débit.

1. c) Expliquer comment l'organisme adapte conjointement les appareils respiratoire et circulatoire pour répondre à ce besoin.

Un coureur à pied s'entraîne sur les quais de la Loire. Son pouls est enregistré : 62 bpm au repos, 170 bpm au bout de 10 minutes d'effort constant, puis 100 bpm 5 minutes après l'arrêt. Sa fréquence respiratoire est de 14 mouvements par minute au repos et de 40 à l'effort.

1. a) Calculer le rapport entre fréquence cardiaque à l'effort et au repos, puis entre fréquence respiratoire à l'effort et au repos.

1. b) Expliquer pourquoi ces deux variables augmentent simultanément.

1. c) Justifier que les muscles, à l'arrêt de l'effort, continuent à demander plus de dioxygène que lors du repos, en lien avec la fréquence encore élevée à 5 minutes.