Anatomie et Physiologie Appliquées au Sport

Introduction aux Systèmes du Corps Humain

• Rigidité : Assurée par le squelette.
• Liaisons : Assurées par les articulations.
• Mouvement : Réalisé par les muscles.
• Commande : Orchestrée par le système nerveux.
• Oxygénation et Nutrition : Assurées par les différents organes.

Système Ostéo-Articulaire

Les Os

• Nature : Les os sont des tissus vivants composés d'ostéoclastes et d'ostéoblastes.
• Rôles : Ils assurent un rôle à la fois métabolique et mécanique.
• Types d'os :
  • Os longs.
  • Os courts.
  • Os plats.

Les Articulations

• Définition : Elles permettent le mouvement dans un ou plusieurs plans.
• Composition d'une articulation :
  • La synovie : Liquide lubrifiant.
  • La synoviale : Membrane produisant la synovie.
  • La capsule articulaire : Enveloppe fibreuse entourant l'articulation.
  • Le cartilage : Tissu protecteur recouvrant les surfaces osseuses.
  • Les ligaments : Bandes de tissu fibreux reliant les os entre eux.

Anatomie Spécifique : Le Genou

• Os constitutifs : Fémur, Tibia, Fibula (péroné), Patella (rotule).
• Muscles et Tendons : Muscle vaste latéral, muscle vaste médial, tendon du quadriceps, tendon patellaire.
• Ligaments :
  • Ligaments collatéraux : latéral et médial.
  • Ligaments croisés : antérieur et postérieur.
• Éléments amortisseurs : Ménisque interne et ménisque externe, cartilage articulaire.
• Autres structures : Condyle latéral, ligament du ménisque.

Anatomie Spécifique : La Cheville

• Structures clés : Malléole externe, faisceaux du ligament latéral externe.

Système Musculaire et Tendineux

Fonctions et Propriétés des Muscles

• Maintien : Assure le maintien postural.
• Mobilité : Permet le mouvement.
• Principales propriétés :
  1. Élasticité.
  2. Déformabilité.
  3. Viscosité.
  4. Contractilité.

Dynamique du Mouvement

• Insertion et Orientation : Déterminent un mouvement défini (flexion, extension, rotation, etc.).
• Action antagoniste (Exemple du bras) :
  • Flexion : Le biceps est contracté, le triceps est relâché.
  • Extension : Le triceps est contracté, le biceps est relâché.

Les Tendons

• Définition : Structures assurant la fixation des muscles sur le squelette.
• Caractéristiques : Leur longueur est variable selon la localisation.

Physiologie de la Contraction Musculaire

Structure du Muscle

• Le muscle est un ensemble de cellules ou fibres réunies par du tissu conjonctif élastique, vascularisé et innervé.
• Chaque fibre (ou cellule) contient un grand nombre de myofibrilles.
• Chaque myofibrille est divisée en unités fonctionnelles (sarcomères).

Mécanisme de la Contraction

• Protéines contractiles : L'actine et la myosine.
• Action : La myosine présente des excroissances en forme de « clubs de golf ». Elles se fixent sur l'actine et, par des mouvements similaires à des « coups d'aviron », font coulisser les filaments les uns sur les autres.
• Résultat : Raccourcissement de l'unité fonctionnelle (contraction).
• Rôle du Calcium : Le calcium est indispensable au retour au repos des filaments d'actine et de myosine (décontraction).

Énergie du Muscle : L'ATP

• Carburant : L'Adénosine Tri Phosphatée (ATP) est indispensable à la contraction.
• Réaction chimique : Sous l'action d'une enzyme, l'ATP perd un groupement phosphate pour produire de l'énergie :
  • $ATP + \text{enzyme} \rightarrow ADP + P + \text{énergie}$
• Limites : Les stocks d'ATP dans les mitochondries sont très limités, ne permettant qu'un effort de quelques secondes. Sa synthèse continue est donc nécessaire.

Les Filières Énergétiques (Synthèse de l'ATP)

1. Filière Anaérobie Alactique

• Processus : Synthèse d'ATP en l'absence d'oxygène ($O_2$) et sans production d'acide lactique.
• Substrat : Créatine Phosphate (ou phosphocréatinine).
• Mécanisme : La créatine phosphate perd son phosphate pour le combiner à l'ADP et reformer de l'ATP.
• Durée : $10$ à $20$ secondes.
• Type d'effort : Bref et intense (ex : $100\,m$).

2. Filière Anaérobie Lactique

• Processus : Synthèse d'ATP par dégradation du glycogène (muscle) et du glucose (sang) via la glycolyse en l'absence d'$O_2$, avec production d'acide lactique.
• Réaction : Chaque molécule de glucose produit $2$ molécules d'ATP.
• Déchets : Acide pyruvique puis acide lactique.
• Effets de l'acide lactique :
  • Dans le muscle : Provoque une acidose qui limite la contraction.
  • Dans le sang : Se retransforme en ATP/glucose dans le cœur, les reins et le foie, faisant baisser l'acidose.
• Durée : $20$ secondes à $2$ minutes.
• Type d'effort : Soutenu (ex : $400\,m$).

3. Filière Aérobie (Respiration Cellulaire)

• Processus : Synthèse d'ATP en présence d'$O_2$ par catabolisme des glucides, lipides (acides gras) et accessoirement des protides (acides aminés).
• Rendement : $38$ molécules d'ATP par molécule de glucose.
• Sous-produits : $CO_2$, eau ($H_2O$) et chaleur.
• Durée : Longue durée, intensité faible.
• Facteurs limitants : Intensité du travail, niveau d'entraînement, capacité de thermolyse (élimination de la chaleur).

Système Respiratoire

Anatomie et Mécanique

• Composants : Fosses nasales (réchauffement/filtration), pharynx (carrefour trachée/œsophage), voies respiratoires, poumons, muscles intercostaux, diaphragme.
• Diaphragme : Muscle plat en forme de coupole. Sa contraction (abaissement) augmente le volume intra-thoracique (pompe aspirante) pour l'inspiration.
• Inspiration : Phénomène actif aidé par les muscles intercostaux, sterno-cléido-mastoïdiens et scalènes.
• Expiration : Relâchement des muscles.

Volumes et Débit

• Fréquence respiratoire : $10$ à $12$ cycles/min au repos ; jusqu'à $25$ cycles/min à l'effort.
• Débit ventilatoire ($D_v$) : $D_v = \text{Volume inspiré} \times \text{Fréquence}$.
• Valeur au repos : $0,5\,l \times 12 = 6\,litres/min$.

Diffusion des Gaz

• Le gaz diffuse à travers une membrane de la haute pression vers la basse pression jusqu'à équilibre.
• Dans l'alvéole : Pression en $O_2$ forte, pression en $CO_2$ faible.
• Dans le capillaire : Pression en $O_2$ faible, pression en $CO_2$ forte.
• Résultat : L'$O_2$ diffuse vers le sang.

Système Cardio-Circulatoire

L'Appareil Circulatoire

• Le Cœur : Muscle creux (myocarde).
  • Divisé en cœur droit et cœur gauche.
  • Chaque partie contient une oreillette et un ventricule.
• Vaisseaux :
  • Artères : Conduisent le sang du cœur vers les organes.
  • Veines : Conduisent le sang des organes vers le cœur.
  • Capillaires : Vaisseaux très fins reliant artérioles et veinules dans les tissus.

Physiologie Cardiaque

• Cycle : Systole (contraction/vidange) et Diastole (relâchement/remplissage).
• Fréquence au repos : $60$ à $80$ cycles/min.
• Débit cardiaque : Volume systolique $\times$ Fréquence cardiaque.
• Tension artérielle : Mesurée par deux chiffres (systolique et diastolique).

Le Tissu Sanguin

• Volume : Environ $6\,litres$ pour un homme de $75\,kg$.
• Composition :
  1. Globules rouges (hématies) : Contiennent l'hémoglobine pour fixer l'$O_2$ et le $CO_2$.
  2. Globules blancs (leucocytes) : Défense de l'organisme.
  3. Plaquettes : Coagulation.
  4. Plasma : Liquide de suspension.

Réponse à l'Exercice et Risques

• Adaptations immédiates : Vaso-dilatation locale, hausse du débit cardiaque, redistribution sanguine vers les muscles actifs.
• Calcul de la Fréquence Cardiaque Maximale ($Fcmax$) :
  • Hommes : $Fcmax = 220 - \text{âge}$
  • Femmes : $Fcmax = 226 - \text{âge}$
• Zones de travail (Body Karaté) : En général $60\%$ à $90\%$ de la $Fcmax$.
• Adaptations à l'entraînement : Baisse de la fréquence cardiaque au repos et de la pression artérielle.
• Risques : Mort subite par trouble du rythme (sujet jeune), infarctus ou angine de poitrine (sujet âgé).

Système Nerveux

Anatomie Générale

• Constitution : Environ $15$ milliards de neurones (dont $9$ milliards dans le cerveau).
• Composants : Cerveau (encéphale, cervelet, bulbe rachidien), moelle épinière, nerfs.

Le Neurone et l'Influx Nerveux

• L'influx circule du corps cellulaire vers l'axone.
• Nerfs moteurs : Influx des centres vers les muscles.
• Nerfs sensitifs : Influx des récepteurs vers les centres.
• Unité motrice : Ensemble formé par un neurone et les fibres musculaires qu'il commande.
• Jonction neuromusculaire : Connexion entre le nerf moteur et le muscle (plaque motrice).

Catégories de Systèmes Nerveux

• Système Sensitif : Utilise des récepteurs extéro-sensitifs (sens) et intéro-sensitifs (intérieur du corps).
• Système Moteur : Commande la contraction.
• Système Autonome : Innerve les muscles lisses (viscères), les glandes et le cœur via les systèmes sympathique et parasympathique.

Types de Mouvements

• Volontaires : Élaborés dans le cortex cérébral.
• Réflexes : Sans contrôle de la volonté via l'arc réflexe.
  • Réflexes proprioceptifs : À partir de capteurs dans les tendons/muscles.
  • Réflexe myotatique d'étirement : Un muscle étiré se contracte par réflexe.
• Automatiques : Geste volontaire répété qui devient économique et rapide par court-circuit des relais nerveux.

Diététique et Nutrition

Les Nutriments Énergétiques

• Glucides et Protides : $4\,calories/gramme$.
• Lipides : $9\,calories/gramme$.
• Métabolisme Basal : Environ $1500\,calories$ pour les fonctions vitales.
• Besoins quotidiens : $2500-3000\,kcal$ (Hommes), $2000-2500\,kcal$ (Femmes).

Composition des Nutriments

• Glucides (Sucres) : Stockés sous forme de glycogène (foie/muscles).
  • Sucres rapides : Passage sanguin rapide (confiseries).
  • Sucres lents : Digestion longue (féculents, pain).
• Lipides (Graisses) : Plus grande réserve d'énergie. Stockés dans les adipocytes. Composés d'acides gras (saturés ou insaturés).
• Protides (Protéines) : Architecture des tissus (actine/myosine), enzymes, hormones. Non stockés, nécessitent un apport quotidien d'acides aminés.

Équilibre Alimentaire (Règle 421 GLP)

• Glucides (G) : $55\%$ ($4$ parts).
• Lipides (L) : $30\%$ ($2$ parts).
• Protides (P) : $15\%$ ($1$ part).

Nutrition et Effort

Avant l'Effort

• Intérêt de saturer les réserves de glycogène.
• Dernier repas au moins $3$ heures avant la compétition.
• Repas riche en glucides, pauvre en graisses (digestion difficile).

Après l'Effort

• Réhydratation : Boisson sucrée et légèrement salée.
• Acidité : Boisson riche en bicarbonate (ex: Vichy) pour compenser l'acidose, puis eau plate.
• Alimentation : Aliments riches en électrolytes (potassium, sodium) comme les fruits (oranges, bananes, fruits secs) et glucides.
• À éviter : Trop de protides (composés uriques) et produits acides.