Sujet complet • Exercice 2
Sujet complet
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svtT_2000_00_32C
Sujet complet • Exercice 2
Les besoins en glucose de l'organisme au cours de l'effort
Intérêt du sujet • Envisagez les mécanismes qui, tout en assurant un apport constant de glucose au cerveau, permettent de satisfaire les besoins énergétiques des muscles au cours de l'effort.
À partir des informations extraites des documents et exploitées grâce à vos connaissances, dégagez les caractéristiques de la régulation de la glycémie au cours d'une activité physique.
Document 1Variation de la teneur en glycogène des muscles des membres inférieurs au cours d'exercices (bicyclette ergométrique) d'intensités variées
Document 2Prise de glucose sanguin par les muscles des membres inférieurs au cours d'exercices (bicyclette ergométrique) d'intensités variées
Document 3Variation de la production de glucose par le foie au cours d'exercices d'intensités variées
Document 4Comparaison de la production de glucose par le foie et du prélèvement de glucose sanguin par les muscles, 40 minutes après le début d'exercices d'intensités variées
Document 5Variations de niveaux plasmatiques d'hormones lors d'une épreuve de pédalage de 3 heures d'intensité moyenne (65 % VO2 max)
a) Niveaux plasmatiques d'adrénaline et de glucagon
b) Niveaux plasmatiques d'insuline
Les clés du sujet
Étape 1. Comprendre le sujet
Les besoins en glucose des muscles sont satisfaits par leurs réserves privées de glycogène et par le prélèvement de glucose dans le sang. Au cours de l'effort la glycémie devrait baisser.
Il n'en est rien car le foie, seul producteur de glucose, augmente sa production, compensant ainsi la consommation par les muscles.
Utilisation du glucose par les muscles et production par le foie sont permises grâce aux variations des hormones contrôlant le métabolisme.
Étape 2. Exploiter les documents
Les documents 1 et 2 renseignent sur l'origine du glucose consommé par les muscles en activité : origine privée (un métabolite est présent dans les cellules d'un organe et utilisé exclusivement par ces cellules) ou publique (le métabolite est présent dans le plasma sanguin et livré à toutes les cellules de l'organisme).
Le document 3 informe sur l'augmentation de la production de glucose par le foie au cours d'une activité physique.
Le document 4 permet de faire un bilan production-consommation de glucose au cours d'un effort et d'en déduire l'état de la glycémie durant l'exercice physique.
Le document 5 fait le bilan des variations hormonales au cours de l'effort et explique leur impact sur la production et la consommation.
Étape 3. Construire la réponse
Introduction
Au cours d'un effort physique, les besoins énergétiques augmentent. Le glucose est un nutriment essentiel de l'énergétique musculaire et il est, d'autre part, nécessaire en permanence au fonctionnement cérébral. Nous allons voir comment ces besoins en glucose sont satisfaits.
I. Les origines du glucose consommé par les muscles au cours d'un effort (documents 1 et 2)
A. Utilisation des réserves en glycogène du muscle
Le piège à éviter
Les molécules de glucose provenant de la glycogénolyse musculaire sont entièrement consommées par l'activité des muscles. Ces molécules ne passent pas dans le sang et ne contribuent donc pas à la glycémie.
Le document 1 montre qu'au cours d'un effort, il y a toujours une diminution de la réserve en glycogène du muscle, diminution d'autant plus importante que l'intensité de l'effort est grande.
Cela signifie que le glycogène musculaire est utilisé pour satisfaire les besoins énergétiques des muscles.
à noter
Au cours d'un exercice, la glycogénolyse est activée. Elle aboutit à la libération de molécules de glucose à partir des macromolécules de glycogène. Ce sont les molécules de glucose qui servent de substrat énergétique.
B. Le prélèvement de glucose sanguin par les muscles
Le document 2 indique que, durant l'exercice de 10 à 40 minutes, le prélèvement de glucose dans le sang par les muscles actifs est d'autant plus grand que l'effort est intense. L'augmentation maximale est environ 20 fois plus importante qu'au repos.
Outre leurs réserves de glycogène, les muscles utilisent comme source d'énergie le glucose dissous dans le plasma sanguin, glucose « public » pouvant atteindre tous les organes, et en particulier le cerveau, grâce à la circulation sanguine.
II. La production de glucose par le foie au cours de l'effort (document 3)
La seule source de glucose relâché dans le sang est le glucose hépatique. Au repos la production de glucose par le foie est inférieure à 1 mM/min. Elle est multipliée par 4 au cours d'un exercice intense de 40 minutes.
à noter
Le glucose provient de la glycogénolyse des réserves hépatiques en glycogène et de la néoglucogenèse à partir d'acides gras, de glycérol, d'acides aminés, de lactate, etc.
Les réserves en glycogène du foie fournissent du glucose à toutes les cellules de l'organisme (réserves publiques) contrairement aux réserves de glycogène des muscles (réserves privées).
III. La glycémie au cours de l'effort (document 4)
Le document 4 montre que la production hépatique de glucose au bout de 40 minutes d'exercice est légèrement supérieure à la consommation par les muscles.
à noter
Au repos et pour des exercices d'intensité faible et modérée, la production de glucose est supérieure à la consommation par les muscles. La différence est liée à la consommation de glucose par le cerveau.
Puisque la production de glucose hépatique est supérieure à la consommation par les muscles, ou pratiquement égale lors des exercices les plus intenses, cela signifie que la glycémie demeure pratiquement constante quelle que soit l'intensité de l'effort.
Cette constance de la glycémie est fondamentale pour maintenir durant tout l'effort un apport constant de glucose au cerveau.
IV. Les variations des concentrations hormonales au cours de l'effort (document 5)
Au cours de l'activité physique, il y a augmentation de la concentration de glucagon et d'adrénaline, et diminution de la concentration d'insuline. Ces variations s'amplifient avec la durée de l'exercice.
Le conseil de méthode
Ne cherchez pas à interpréter les variations des concentrations d'insuline et de glucagon à partir des connaissances acquises.
Glucagon et adrénaline sont des hormones hyperglycémiantes qui agissent sur les cellules hépatiques possédant des récepteurs spécifiques. Elles activent la glycogénolyse et donc la production de glucose par le foie.
L'insuline est une hormone hypoglycémiante qui agit sur le foie en le transformant en stockeur de glucose, et non en producteur. La baisse de la concentration d'insuline associée à l'augmentation des concentrations de glucagon et adrénaline contribue à la production de glucose au cours de l'effort.
Le piège à éviter
L'insuline facilite l'entrée du glucose dans les cellules musculaires. La diminution de sa concentration au cours de l'effort devrait réduire cette entrée. Mais ce n'est pas le cas, car les contractions rendent les cellules musculaires plus sensibles à l'action de l'insuline.
Conclusion
Les variations hormonales au cours de l'effort, en agissant sur le foie et les muscles font que la production de glucose compense sa consommation par les muscles.
En conséquence, la glycémie varie peu au cours de l'effort. Malgré la consommation importante de glucose, l'hypoglycémie est évitée, ce qui préserve le fonctionnement cérébral.