3-5 SVT Système nerveux, digestion et activité physique

 SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE

Système nerveux, digestion et activité physique

Cours complet — Niveau collège, 3e (préparation brevet)

Chapitre 1 — Le rôle du système nerveux à l'effort

Chapitre 2 — Activité cérébrale et hygiène de vie

Chapitre 3 — Nutrition et activité physique

+ Révision express  •  Quiz de 50 questions  •  Exercice guidé façon brevet

 

Sommaire

Chapitre 1 — Le rôle du système nerveux à l'effort.. 3

Exercice légendé — Le système nerveux humain.. 4

Chapitre 2 — Activité cérébrale et hygiène de vie.... 6

Exercice résolu — Les effets de l'alcool sur l'organisme................................................................ 7

Chapitre 3 — Nutrition et activité physique............. 9

Exercice résolu — Dosage sanguin et consommation du muscle...................................... 10

Révision express................................................... 12

Quiz — 50 questions (avec corrigé)........................ 14

Exercice guidé façon brevet — Effort à vélo et consommation de O2............................................ 22

 

 

CHAPITRE 1

Le rôle du système nerveux à l'effort

Lorsqu'on pratique une activité physique, l'organisme doit réagir en permanence : éviter un obstacle, ajuster sa foulée, accélérer les battements du cœur... Toutes ces réactions rapides et coordonnées sont pilotées par le système nerveux. Ce chapitre explique comment le système nerveux perçoit des signaux, commande les mouvements volontaires, et contrôle automatiquement les activités cardiaque et respiratoire pendant l'effort.

1. Perception et traitement des signaux

Le corps est équipé d'organes sensoriels (récepteurs) capables de détecter des stimulus (informations) de l'environnement ou de l'intérieur du corps : l'œil détecte la lumière, l'oreille détecte les sons, la peau détecte le contact ou la douleur, et des récepteurs situés dans les muscles et les articulations renseignent en permanence sur la position du corps.

Lorsqu'un organe sensoriel est stimulé, il produit un message nerveux sensitif, qui circule le long d'un nerf sensitif jusqu'au système nerveux central, formé de l'encéphale (le cerveau et ses annexes) et de la moelle épinière. C'est là que l'information est traitée et intégrée, souvent en la combinant avec d'autres signaux reçus au même moment, avant qu'une réponse appropriée ne soit élaborée.

2. Commande des mouvements

Une fois l'information traitée, le système nerveux central élabore une commande motrice, qui part de l'encéphale (ou de la moelle épinière pour les réflexes très rapides) sous la forme d'un message nerveux moteur. Ce message circule le long d'un nerf moteur jusqu'à un organe effecteur — le plus souvent un muscle — qui se contracte alors, produisant le mouvement souhaité (courir, attraper un ballon, éviter un obstacle).

Ce trajet complet — perception par un récepteur, message sensitif, traitement central, message moteur, réponse motrice — permet au corps de réagir en permanence et de façon coordonnée aux exigences de l'activité physique.

3. Contrôle nerveux des activités cardiaques et respiratoires

Lors d'un effort physique, les muscles sollicités consomment davantage de dioxygène et de nutriments, et produisent davantage de dioxyde de carbone. Le système nerveux ajuste alors automatiquement, sans intervention volontaire, la fréquence cardiaque et la fréquence respiratoire pour répondre à ces besoins accrus : le cœur bat plus vite et plus fort, la respiration s'accélère et s'amplifie.

Ce contrôle est assuré par des centres nerveux automatiques, notamment situés dans le tronc cérébral, qui reçoivent en permanence des informations sur l'activité des muscles et sur la composition du sang (teneur en dioxygène et en dioxyde de carbone). Plus l'effort est intense, plus ces centres augmentent la fréquence cardiaque et la fréquence respiratoire, afin d'apporter davantage de dioxygène aux muscles et d'éliminer plus vite le dioxyde de carbone produit.

À retenir •     Un récepteur sensoriel détecte un stimulus et produit un message nerveux sensitif, transmis par un nerf sensitif jusqu'au système nerveux central (encéphale + moelle épinière). •     Le système nerveux central traite l'information et élabore une commande motrice, transmise par un nerf moteur jusqu'à un organe effecteur (muscle). •     Le système nerveux contrôle aussi automatiquement les activités cardiaque et respiratoire, en les accélérant pendant l'effort pour répondre aux besoins accrus des muscles en dioxygène.

 

Exercice légendé — Le système nerveux humain

Consigne Sur le schéma ci-dessous, associez chaque numéro (1 à 6) à l'une des légendes proposées dans le désordre : nerf moteur • organe effecteur (muscle) • moelle épinière • encéphale (cerveau) • nerf sensitif • organe sensoriel (récepteur).

 

Figure 1 — Schéma à légender du système nerveux humain.

Corrigé

N°	Légende	Rôle / précision
1	Encéphale (cerveau)	Centre nerveux qui traite les informations reçues et élabore les commandes motrices.
2	Moelle épinière	Prolonge l'encéphale le long de la colonne vertébrale ; relaie les messages nerveux entre l'encéphale et les nerfs.
3	Nerf sensitif	Transmet le message nerveux sensitif, de l'organe sensoriel vers le système nerveux central.
4	Nerf moteur	Transmet le message nerveux moteur, du système nerveux central vers l'organe effecteur.
5	Organe sensoriel (récepteur)	Détecte un stimulus (ici, un exemple au niveau de la tête) et produit un message nerveux sensitif.
6	Organe effecteur (muscle)	Reçoit le message nerveux moteur et se contracte, produisant le mouvement.

 

 

 

CHAPITRE 2

Activité cérébrale et hygiène de vie

Le cerveau est un organe fragile, dont le bon fonctionnement dépend directement de nos habitudes de vie. Ce chapitre présente les conditions nécessaires à une activité cérébrale optimale, les comportements qui la perturbent, et les effets du dopage sur le cerveau et sur l'organisme.

I. Les conditions d'un bon fonctionnement cérébral

Le cerveau consomme, à lui seul, environ 20 % du dioxygène et du glucose utilisés par tout l'organisme au repos, alors qu'il ne représente qu'environ 2 % de la masse corporelle. Pour fonctionner correctement, il a donc besoin d'un apport continu et suffisant en dioxygène et en nutriments (en particulier le glucose, son carburant principal), apportés par le sang.

Le sommeil joue également un rôle essentiel : c'est pendant le sommeil que le cerveau consolide les apprentissages de la journée (mémorisation) et élimine certains déchets métaboliques accumulés pendant la veille. Un sommeil insuffisant ou de mauvaise qualité dégrade les capacités d'attention, de mémorisation et de réaction. Enfin, une alimentation équilibrée, une hydratation suffisante et une activité physique régulière contribuent elles aussi à un bon fonctionnement cérébral, notamment en favorisant une bonne circulation sanguine vers le cerveau.

II. Les comportements perturbateurs de l'activité cérébrale

Certaines substances, appelées substances psychoactives, modifient le fonctionnement du cerveau en agissant sur la communication entre les neurones. C'est le cas de l'alcool, du tabac (nicotine), du cannabis et d'autres drogues : elles perturbent la transmission des messages nerveux, ce qui altère la perception, le jugement, la coordination des mouvements ou les temps de réaction.

Un manque de sommeil chronique, une alimentation déséquilibrée ou une exposition prolongée à un bruit ou à des écrans (notamment avant le coucher) perturbent également le fonctionnement cérébral, de façon moins immédiate mais tout aussi réelle sur le long terme. Certaines de ces substances (alcool, tabac, cannabis...) entraînent en plus une dépendance : le cerveau s'habitue à leur présence, et leur absence provoque un manque, ce qui rend l'arrêt de la consommation difficile.

III. Le dopage et l'activité cérébrale

Le dopage consiste à utiliser des substances ou des méthodes interdites pour améliorer artificiellement les performances physiques ou intellectuelles. Certaines substances dopantes agissent directement sur le système nerveux : par exemple, certains stimulants augmentent artificiellement la vigilance et retardent la sensation de fatigue en agissant sur les centres nerveux du cerveau.

Le dopage présente des risques sérieux pour la santé : les substances dopantes peuvent provoquer une dépendance, masquer artificiellement les signaux de fatigue ou de douleur envoyés par le corps (ce qui expose à des blessures graves passées inaperçues), et avoir des effets délétères à long terme sur le cœur, le foie ou le cerveau. Il est également interdit par les règlements sportifs, car il fausse l'équité de la compétition.

À retenir •     Le cerveau a besoin d'un apport continu en dioxygène et en glucose (environ 20 % des besoins de l'organisme, pour 2 % de sa masse). •     Le sommeil, une alimentation équilibrée et l'activité physique favorisent un bon fonctionnement cérébral. •     Les substances psychoactives (alcool, tabac, cannabis...) perturbent la transmission des messages nerveux et peuvent entraîner une dépendance. •     Le dopage vise à améliorer artificiellement les performances, mais présente des risques graves pour la santé et fausse l'équité sportive.

 

Exercice résolu — Expliquer les effets de l'alcool sur l'organisme

Document 1 — Activité cérébrale et alcool Des techniques d'imagerie cérébrale, comme l'IRM fonctionnelle, permettent de visualiser les zones du cerveau actives lors d'une tâche donnée. Chez une personne ayant consommé de l'alcool, l'activité de plusieurs zones cérébrales est mesurée nettement réduite, en particulier dans le cortex frontal (impliqué dans le jugement et la prise de décision) et dans le cervelet (impliqué dans l'équilibre et la coordination des mouvements).

 

Figure 2 — Représentation schématique de l'activité cérébrale, sans et avec alcool.

 

Document 2 — Alcool et temps de réaction au volant Le temps de réaction est la durée qui s'écoule entre la perception d'un danger (par exemple, un obstacle sur la route) et le déclenchement de la réaction motrice appropriée (par exemple, freiner). Le tableau ci-dessous donne le temps de réaction moyen d'un conducteur, et la distance parcourue pendant ce temps de réaction à une vitesse de 50 km/h (soit environ 14 m/s), selon son taux d'alcoolémie.

 

Taux d'alcoolémie	Temps de réaction	Distance parcourue à 50 km/h pendant ce temps
0 g/L (sobre)	1,0 s	14 m
0,5 g/L (limite légale en France)	1,5 s	21 m
0,8 g/L	2,0 s	28 m
1,5 g/L	3,0 s	42 m

 

Question 1 : D'après le document 1, quelles sont les deux zones cérébrales dont l'activité diminue sous l'effet de l'alcool ? À quoi servent-elles normalement ? Question 2 : D'après le document 2, comment évolue le temps de réaction d'un conducteur quand son taux d'alcoolémie augmente ? Question 3 : Calculez de combien de mètres supplémentaires roule, « à l'aveugle », un conducteur à 0,8 g/L par rapport à un conducteur sobre, avant même de commencer à freiner. Question 4 : En utilisant les deux documents, expliquez pourquoi la conduite sous l'effet de l'alcool est dangereuse.

 

Corrigé 1. L'alcool réduit l'activité du cortex frontal, impliqué dans le jugement et la prise de décision, et celle du cervelet, impliqué dans l'équilibre et la coordination des mouvements. 2. Plus le taux d'alcoolémie augmente, plus le temps de réaction s'allonge : il passe de 1,0 s à jeun à 3,0 s à 1,5 g/L, soit un temps de réaction jusqu'à 3 fois plus long. 3. À 0,8 g/L, la distance parcourue pendant le temps de réaction est de 28 m, contre 14 m pour un conducteur sobre. La différence est donc de 28 − 14 = 14 m supplémentaires parcourus avant même que le conducteur ne commence à réagir. 4. L'alcool réduit l'activité du cortex frontal et du cervelet (document 1), ce qui altère le jugement, l'évaluation des distances et des risques, et la coordination des mouvements nécessaires pour réagir (freiner, tourner le volant...). Cette perturbation du traitement nerveux des informations explique l'allongement du temps de réaction observé (document 2) : plus le taux d'alcoolémie est élevé, plus le conducteur met de temps à percevoir un danger et à y réagir, ce qui augmente d'autant la distance parcourue « à l'aveugle » avant que le freinage ne commence — un facteur majeur d'accidents de la route.

 

 

CHAPITRE 3

Nutrition et activité physique

L'activité physique augmente fortement les besoins de l'organisme en nutriments et en dioxygène. Ce chapitre revient sur le trajet des aliments dans l'appareil digestif, sur la façon dont les nutriments passent dans le sang, et sur l'adaptation de l'alimentation à la pratique d'une activité physique.

1. La digestion des aliments

Les aliments consommés sont complexes et doivent être transformés avant de pouvoir être utilisés par les cellules. Le long du tube digestif (bouche, œsophage, estomac, intestin grêle, gros intestin), les aliments subissent une double transformation : une transformation mécanique (mastication, brassage) qui les fragmente, et une transformation chimique (grâce aux sucs digestifs : salive, suc gastrique, suc intestinal) qui dégrade les grosses molécules en nutriments, de petites molécules solubles.

Figure 3 — Le tube digestif et l'absorption au niveau de l'intestin grêle.

2. L'absorption intestinale et l'assimilation

C'est au niveau de l'intestin grêle que les nutriments traversent la paroi du tube digestif pour passer dans le sang : c'est l'absorption intestinale. Cette paroi est très repliée et recouverte de nombreuses villosités intestinales, chacune parcourue par un réseau de capillaires sanguins, ce qui multiplie considérablement la surface d'échange entre le tube digestif et le sang.

Une fois dans le sang, les nutriments sont distribués à toutes les cellules de l'organisme grâce à l'appareil circulatoire. Les cellules utilisent alors ces nutriments : c'est l'assimilation, qui correspond à l'utilisation des nutriments par les cellules pour produire de l'énergie (grâce à la respiration cellulaire, qui consomme du dioxygène) ou pour construire leurs propres constituants (croissance, réparation, renouvellement des tissus).

3. Manger, bouger

Les besoins énergétiques d'un individu dépendent directement de son niveau d'activité physique : plus l'activité est intense et prolongée, plus les muscles consomment de nutriments et de dioxygène, et plus les besoins alimentaires augmentent. Une alimentation adaptée à son niveau d'activité (quantité suffisante mais non excessive, équilibrée entre les différents groupes d'aliments, bien répartie dans la journée) permet de couvrir ces besoins sans provoquer de déséquilibres (carences ou prise de poids excessive).

À l'inverse, une activité physique régulière contribue à la bonne santé de l'organisme : elle améliore le fonctionnement cardiovasculaire, aide à réguler le poids corporel, et favorise le bon fonctionnement du système nerveux et du sommeil. « Manger, bouger » résume ainsi les deux piliers complémentaires d'une bonne hygiène de vie, recommandés dès le plus jeune âge.

À retenir •     La digestion transforme mécaniquement et chimiquement les aliments en nutriments, absorbables par l'intestin grêle. •     L'absorption intestinale a lieu au niveau des villosités intestinales, qui multiplient la surface d'échange avec le sang. •     L'assimilation est l'utilisation des nutriments par les cellules (production d'énergie, construction des tissus). •     Les besoins alimentaires augmentent avec le niveau d'activité physique ; une alimentation équilibrée et une activité physique régulière forment les deux piliers d'une bonne hygiène de vie.

 

Exercice résolu — Exploiter des résultats de dosage sanguin

Énoncé On mesure, chez un même sportif, la concentration en dioxygène (O2) et en glucose du sang entrant dans un muscle (sang artériel) et du sang sortant de ce muscle (sang veineux), ainsi que le débit sanguin qui traverse ce muscle, au repos puis à l'effort. Les résultats sont donnés ci-dessous.

 

Figure 4 — Échanges entre le sang et le muscle, au repos et à l'effort.

Condition	Débit sanguin	[O2] artère	[O2] veine	[glucose] artère	[glucose] veine
Au repos	1 L/min	200 mL/L	150 mL/L	1,00 g/L	0,90 g/L
À l'effort	5 L/min	200 mL/L	40 mL/L	1,00 g/L	0,40 g/L

 

Méthode La quantité d'une substance consommée par le muscle chaque minute se calcule ainsi : quantité consommée (par minute) = débit sanguin × ([substance]artère − [substance]veine)

 

Question 1 : Calculez la consommation de dioxygène du muscle (en mL/min), au repos puis à l'effort. Question 2 : Calculez la consommation de glucose du muscle (en g/min), au repos puis à l'effort. Question 3 : Par quel facteur (combien de fois) la consommation de dioxygène est-elle multipliée entre le repos et l'effort ? Et celle du glucose ? Question 4 : Proposez une explication à ces résultats, en identifiant les deux paramètres qui changent entre le repos et l'effort.

 

Corrigé 1. Au repos : consommation de O2 = 1 × (200 − 150) = 50 mL/min. À l'effort : consommation de O2 = 5 × (200 − 40) = 800 mL/min. 2. Au repos : consommation de glucose = 1 × (1,00 − 0,90) = 0,10 g/min. À l'effort : consommation de glucose = 5 × (1,00 − 0,40) = 3,00 g/min. 3. Consommation de O2 : 800 ÷ 50 = 16, elle est multipliée par 16. Consommation de glucose : 3,00 ÷ 0,10 = 30, elle est multipliée par 30. La consommation de glucose augmente proportionnellement encore plus que celle de dioxygène. 4. Deux paramètres changent entre le repos et l'effort : le débit sanguin musculaire, multiplié par 5 (de 1 à 5 L/min), et la différence de concentration entre l'artère et la veine, qui augmente fortement (le muscle prélève une part beaucoup plus grande du dioxygène et du glucose disponibles dans le sang qui le traverse). La combinaison de ces deux effets — plus de sang qui passe, et plus de substances prélevées dans ce sang — explique la forte augmentation de la consommation de dioxygène et de glucose par le muscle à l'effort, en accord avec l'augmentation des besoins énergétiques du muscle en activité.

 

 

SYNTHÈSE

Révision express

Cette fiche rassemble, chapitre par chapitre, les points essentiels à connaître par cœur avant une évaluation ou le brevet.

Chapitre 1 — Le rôle du système nerveux à l'effort •     Un organe sensoriel (récepteur) détecte un stimulus et produit un message nerveux sensitif, transmis par un nerf sensitif jusqu'au système nerveux central (encéphale + moelle épinière). •     Le système nerveux central traite l'information et élabore une commande motrice, transmise par un nerf moteur jusqu'à un organe effecteur (muscle) qui se contracte. •     Le système nerveux contrôle aussi automatiquement, sans intervention volontaire, les activités cardiaque et respiratoire, en les accélérant pendant l'effort.

 

Chapitre 2 — Activité cérébrale et hygiène de vie •     Le cerveau consomme environ 20 % du dioxygène et du glucose de l'organisme au repos, pour seulement 2 % de la masse corporelle ; il a besoin d'un apport continu en O2 et en nutriments. •     Le sommeil, une alimentation équilibrée et une activité physique régulière favorisent un bon fonctionnement cérébral. •     Les substances psychoactives (alcool, tabac, cannabis...) perturbent la transmission des messages nerveux : elles altèrent le jugement, la coordination et allongent le temps de réaction. •     Le dopage vise à améliorer artificiellement les performances en agissant sur le système nerveux, mais présente des risques graves pour la santé et fausse l'équité sportive.

 

Chapitre 3 — Nutrition et activité physique •     La digestion transforme mécaniquement et chimiquement les aliments en nutriments, le long du tube digestif (bouche, œsophage, estomac, intestin grêle, gros intestin). •     L'absorption intestinale a lieu au niveau des villosités de l'intestin grêle, qui multiplient la surface d'échange entre le tube digestif et le sang. •     L'assimilation est l'utilisation des nutriments par les cellules (production d'énergie par respiration cellulaire, construction des tissus). •     La consommation de dioxygène et de glucose par un muscle augmente fortement à l'effort, du fait de l'augmentation du débit sanguin et du prélèvement accru dans le sang. •     Une alimentation adaptée à son niveau d'activité et une activité physique régulière forment les deux piliers d'une bonne hygiène de vie : « manger, bouger ».

 

Le fil conducteur des 3 chapitres Pendant une activité physique, le système nerveux perçoit en permanence des informations, commande les mouvements volontaires et contrôle automatiquement les activités cardiaque et respiratoire (chapitre 1). Ce fonctionnement nerveux est fragile : il dépend d'un apport continu en dioxygène et en nutriments, du sommeil, et peut être perturbé par des substances psychoactives ou le dopage (chapitre 2). Or, c'est justement la digestion, l'absorption intestinale et l'assimilation des aliments qui fournissent au sang les nutriments et l'énergie nécessaires à tout l'organisme, y compris aux muscles dont les besoins explosent à l'effort (chapitre 3). Une bonne hygiène de vie — sommeil, alimentation équilibrée, absence de substances toxiques, activité physique régulière — permet ainsi à l'organisme de répondre efficacement aux exigences de l'effort.

 

 

ÉVALUATION

Quiz — 50 questions

Ce quiz de 50 questions permet de vérifier les connaissances acquises sur les trois chapitres. Pour chaque question à choix multiples, une seule réponse est correcte. Le corrigé complet se trouve à la fin de cette section.

Questions 1 à 17 — Le rôle du système nerveux à l'effort

1. Un organe sensoriel (récepteur) sert à :

a) détecter un stimulus et produire un message nerveux sensitif

b) contracter un muscle

c) fabriquer des nutriments

2. Le message nerveux sensitif circule :

a) d'un muscle vers un organe sensoriel

b) d'un organe sensoriel vers le système nerveux central

c) du cœur vers les poumons

3. Le système nerveux central est formé de :

a) seulement le cœur

b) les nerfs moteurs uniquement

c) l'encéphale et la moelle épinière

4. Un nerf sensitif transmet un message :

a) du système nerveux central vers un muscle

b) de l'organe sensoriel vers le système nerveux central

c) d'un muscle vers un autre muscle

5. Un nerf moteur transmet un message :

a) du système nerveux central vers un organe effecteur

b) d'un organe sensoriel vers le système nerveux central

c) du cœur vers le cerveau uniquement

6. Un organe effecteur, le plus souvent, est :

a) un récepteur sensoriel

b) un nerf sensitif

c) un muscle

7. La commande motrice est élaborée par :

a) l'organe sensoriel

b) le muscle lui-même, sans nerf

c) le système nerveux central

8. Pendant l'effort, la fréquence cardiaque et respiratoire sont contrôlées :

a) automatiquement par le système nerveux, sans intervention volontaire

b) uniquement par la volonté

c) par les muscles eux-mêmes

9. Plus l'effort est intense, plus le système nerveux :

a) diminue la fréquence cardiaque et respiratoire

b) augmente la fréquence cardiaque et respiratoire

c) n'a aucun effet sur elles

10. Les centres nerveux qui contrôlent automatiquement le cœur et la respiration sont notamment situés :

a) dans le tronc cérébral

b) dans le muscle cardiaque uniquement

c) dans l'estomac

11. Ces centres nerveux automatiques reçoivent des informations sur :

a) la couleur des vêtements portés

b) l'activité des muscles et la composition du sang (O2, CO2)

c) le nombre de pas effectués uniquement

12. Pourquoi la fréquence respiratoire augmente-t-elle à l'effort ?

a) pour refroidir le cerveau uniquement

b) par hasard, sans lien avec les besoins

c) pour apporter plus de dioxygène et éliminer plus de dioxyde de carbone

13. Un réflexe très rapide peut être déclenché directement par :

a) uniquement l'encéphale

b) la moelle épinière, sans passer par l'encéphale

c) un organe effecteur seul

14. L'œil, l'oreille et la peau sont des exemples :

a) d'organes sensoriels

b) d'organes effecteurs

c) de nerfs moteurs

15. Le trajet complet d'une réaction motrice volontaire est :

a) effecteur → nerf moteur → récepteur

b) centre nerveux → récepteur → effecteur

c) récepteur → nerf sensitif → centre nerveux → nerf moteur → effecteur

16. Des récepteurs situés dans les muscles et les articulations renseignent sur :

a) la température extérieure uniquement

b) le goût des aliments

c) la position du corps

17. Le système nerveux permet à l'organisme de réagir :

a) de façon rapide et coordonnée aux exigences de l'effort

b) seulement une fois par jour

c) sans lien avec les organes sensoriels

Questions 18 à 34 — Activité cérébrale et hygiène de vie

18. Le cerveau consomme, au repos, environ quelle part du dioxygène et du glucose de l'organisme ?

a) environ 90 %

b) environ 20 %

c) environ 1 %

19. Le sommeil permet notamment au cerveau de :

a) consolider les apprentissages et éliminer des déchets métaboliques

b) grandir en taille chaque nuit

c) arrêter totalement son activité

20. Un sommeil insuffisant dégrade en particulier :

a) uniquement la digestion

b) l'attention, la mémorisation et le temps de réaction

c) la couleur des yeux

21. Une substance psychoactive est une substance qui :

a) n'a aucun effet sur l'organisme

b) n'agit que sur les muscles

c) modifie le fonctionnement du cerveau

22. L'alcool, le tabac et le cannabis sont des exemples de :

a) nutriments essentiels

b) substances psychoactives

c) hormones naturelles indispensables

23. Les substances psychoactives perturbent en particulier :

a) la transmission des messages nerveux entre neurones

b) la formation des os

c) la coagulation sanguine uniquement

24. La dépendance à une substance psychoactive se traduit par :

a) une amélioration immédiate de la santé

b) aucune conséquence à l'arrêt

c) un manque ressenti à l'arrêt de la consommation

25. L'alcool réduit l'activité de quelles zones cérébrales notamment ?

a) uniquement les poumons

b) le foie et les reins

c) le cortex frontal et le cervelet

26. Le cortex frontal est notamment impliqué dans :

a) le jugement et la prise de décision

b) la digestion des aliments

c) la circulation sanguine

27. Le cervelet est notamment impliqué dans :

a) la respiration cellulaire

b) l'équilibre et la coordination des mouvements

c) la perception des couleurs uniquement

28. Sous l'effet de l'alcool, le temps de réaction d'un conducteur :

a) s'allonge

b) se raccourcit

c) reste identique

29. Le dopage consiste à :

a) s'entraîner régulièrement de façon légale

b) utiliser des substances ou méthodes interdites pour améliorer artificiellement les performances

c) manger équilibré avant une compétition

30. Certaines substances dopantes peuvent masquer :

a) la couleur de la peau

b) le rythme cardiaque au repos uniquement

c) les signaux de fatigue ou de douleur

31. Le dopage est interdit dans le sport notamment car :

a) il est toujours sans danger

b) il fausse l'équité de la compétition et présente des risques pour la santé

c) il améliore la santé à long terme

32. Une alimentation équilibrée et une hydratation suffisante contribuent au bon fonctionnement cérébral en favorisant notamment :

a) une bonne circulation sanguine vers le cerveau

b) une perte totale d'appétit

c) l'arrêt du sommeil

33. Une exposition prolongée aux écrans avant le coucher peut :

a) améliorer systématiquement la mémorisation

b) n'avoir aucun effet

c) perturber le fonctionnement cérébral, notamment le sommeil

34. Le taux légal maximal d'alcoolémie autorisé pour conduire en France (conducteur classique) est de :

a) 5 g/L de sang

b) aucune limite

c) 0,5 g/L de sang

Questions 35 à 50 — Nutrition et activité physique

35. La digestion transforme les aliments en :

a) nutriments, petites molécules solubles

b) déchets uniquement

c) eau pure

36. La transformation mécanique des aliments correspond notamment à :

a) l'action des sucs digestifs uniquement

b) la mastication et le brassage

c) l'absorption intestinale

37. La transformation chimique des aliments est assurée par :

a) les sucs digestifs (salive, suc gastrique, suc intestinal)

b) les muscles du squelette

c) le système nerveux uniquement

38. Le tube digestif comprend, dans l'ordre : bouche, œsophage, puis :

a) poumons, cœur, foie

b) estomac, intestin grêle, gros intestin

c) cerveau, moelle épinière, nerfs

39. L'absorption intestinale a lieu principalement au niveau :

a) de l'estomac

b) de la bouche

c) de l'intestin grêle

40. Les villosités intestinales permettent notamment de :

a) digérer chimiquement les aliments

b) multiplier la surface d'échange entre le tube digestif et le sang

c) stocker les déchets non digérés

41. Chaque villosité intestinale est parcourue par :

a) un réseau de capillaires sanguins

b) un nerf moteur uniquement

c) un muscle strié

42. L'assimilation correspond à :

a) le rejet des nutriments hors de l'organisme

b) la mastication des aliments

c) l'utilisation des nutriments par les cellules

43. La respiration cellulaire, qui produit de l'énergie pour les cellules, consomme :

a) du dioxyde de carbone uniquement

b) de la salive

c) du dioxygène

44. À l'effort, comparé au repos, le débit sanguin traversant un muscle actif :

a) augmente fortement

b) diminue

c) reste rigoureusement identique

45. La quantité d'une substance consommée par un muscle chaque minute se calcule par :

a) concentration artère uniquement

b) débit sanguin × (concentration artère − concentration veine)

c) débit sanguin ÷ concentration veine

46. À l'effort, la différence de concentration en dioxygène entre le sang artériel et le sang veineux, au niveau du muscle :

a) augmente fortement, car le muscle prélève davantage de O2

b) diminue jusqu'à s'annuler

c) reste identique au repos

47. Les besoins alimentaires d'un individu dépendent directement de :

a) la couleur de ses vêtements

b) son niveau d'activité physique

c) l'heure du lever uniquement

48. Une activité physique régulière contribue notamment à :

a) réduire systématiquement l'appétit à zéro

b) supprimer le besoin de sommeil

c) améliorer le fonctionnement cardiovasculaire

49. « Manger, bouger » résume :

a) une règle sans rapport avec la santé

b) les deux piliers complémentaires d'une bonne hygiène de vie

c) un principe réservé aux sportifs de haut niveau

50. Une alimentation excessive par rapport aux besoins peut entraîner :

a) une prise de poids excessive

b) une carence systématique

c) une amélioration automatique de la santé

 

Corrigé du quiz

N°	Bonne réponse	Justification express
1	a) détecter un stimulus et produire un message nerveux sensitif	Un récepteur détecte un stimulus et produit un message nerveux sensitif.
2	b) d'un organe sensoriel vers le système nerveux central	Le message sensitif va du récepteur vers le système nerveux central.
3	c) l'encéphale et la moelle épinière	Il regroupe l'encéphale et la moelle épinière.
4	b) de l'organe sensoriel vers le système nerveux central	Le nerf sensitif conduit l'information vers le système nerveux central.
5	a) du système nerveux central vers un organe effecteur	Le nerf moteur conduit la commande vers l'organe effecteur.
6	c) un muscle	L'organe effecteur qui répond à la commande motrice est un muscle.
7	c) le système nerveux central	C'est le système nerveux central qui élabore la commande motrice.
8	a) automatiquement par le système nerveux, sans intervention volontaire	Ce contrôle automatique échappe à la volonté.
9	b) augmente la fréquence cardiaque et respiratoire	Le système nerveux ajuste ces fréquences à la hausse selon l'intensité de l'effort.
10	a) dans le tronc cérébral	Le tronc cérébral abrite des centres de contrôle automatique.
11	b) l'activité des muscles et la composition du sang (O2, CO2)	Ils s'ajustent selon l'activité musculaire et la teneur du sang en O2/CO2.
12	c) pour apporter plus de dioxygène et éliminer plus de dioxyde de carbone	L'augmentation répond aux besoins accrus en O2 et à l'élimination du CO2.
13	b) la moelle épinière, sans passer par l'encéphale	Certains réflexes rapides passent directement par la moelle épinière.
14	a) d'organes sensoriels	Ce sont des organes sensoriels détectant différents stimulus.
15	c) récepteur → nerf sensitif → centre nerveux → nerf moteur → effecteur	C'est l'ordre correct du trajet du message nerveux.
16	c) la position du corps	Ils informent en permanence sur la position du corps (proprioception).
17	a) de façon rapide et coordonnée aux exigences de l'effort	Il assure des réactions rapides et coordonnées en permanence.
18	b) environ 20 %	Le cerveau consomme environ 20 % des ressources, pour 2 % de la masse corporelle.
19	a) consolider les apprentissages et éliminer des déchets métaboliques	Le sommeil sert à la mémorisation et à l'élimination de déchets.
20	b) l'attention, la mémorisation et le temps de réaction	Le manque de sommeil altère attention, mémoire et réactivité.
21	c) modifie le fonctionnement du cerveau	Elle agit sur la communication entre les neurones et modifie le fonctionnement cérébral.
22	b) substances psychoactives	Ce sont des substances psychoactives courantes.
23	a) la transmission des messages nerveux entre neurones	Elles agissent sur la communication nerveuse entre neurones.
24	c) un manque ressenti à l'arrêt de la consommation	Le cerveau s'habitue à la substance ; son absence provoque un manque.
25	c) le cortex frontal et le cervelet	Ces deux zones (jugement, équilibre/coordination) voient leur activité réduite.
26	a) le jugement et la prise de décision	Le cortex frontal intervient dans le jugement et la décision.
27	b) l'équilibre et la coordination des mouvements	Le cervelet coordonne l'équilibre et les mouvements.
28	a) s'allonge	Le temps de réaction augmente avec le taux d'alcoolémie.
29	b) utiliser des substances ou méthodes interdites pour améliorer artificiellement les performances	C'est la définition du dopage.
30	c) les signaux de fatigue ou de douleur	Elles peuvent masquer fatigue et douleur, exposant à des blessures graves.
31	b) il fausse l'équité de la compétition et présente des risques pour la santé	Il fausse la compétition et comporte des risques sérieux.
32	a) une bonne circulation sanguine vers le cerveau	Elles favorisent l'apport sanguin nécessaire au cerveau.
33	c) perturber le fonctionnement cérébral, notamment le sommeil	Cela perturbe le sommeil et donc le fonctionnement cérébral à long terme.
34	c) 0,5 g/L de sang	La limite légale en France est de 0,5 g/L de sang.
35	a) nutriments, petites molécules solubles	La digestion produit des nutriments absorbables.
36	b) la mastication et le brassage	La transformation mécanique fragmente les aliments (mastication, brassage).
37	a) les sucs digestifs (salive, suc gastrique, suc intestinal)	Les sucs digestifs dégradent chimiquement les aliments en nutriments.
38	b) estomac, intestin grêle, gros intestin	C'est l'ordre du trajet des aliments dans le tube digestif.
39	c) de l'intestin grêle	L'intestin grêle, grâce à ses villosités, est le site principal d'absorption.
40	b) multiplier la surface d'échange entre le tube digestif et le sang	Elles augmentent fortement la surface d'échange avec le sang.
41	a) un réseau de capillaires sanguins	Les capillaires sanguins des villosités captent les nutriments absorbés.
42	c) l'utilisation des nutriments par les cellules	C'est l'utilisation des nutriments par les cellules (énergie, constituants).
43	c) du dioxygène	La respiration cellulaire consomme du dioxygène et des nutriments.
44	a) augmente fortement	Le débit sanguin musculaire augmente fortement à l'effort (ex. de 1 à 5 L/min).
45	b) débit sanguin × (concentration artère − concentration veine)	C'est la formule utilisée pour calculer la consommation musculaire.
46	a) augmente fortement, car le muscle prélève davantage de O2	Le muscle prélève une part beaucoup plus grande du dioxygène disponible.
47	b) son niveau d'activité physique	Plus l'activité est intense, plus les besoins alimentaires augmentent.
48	c) améliorer le fonctionnement cardiovasculaire	Elle améliore la santé cardiovasculaire, entre autres bienfaits.
49	b) les deux piliers complémentaires d'une bonne hygiène de vie	C'est le principe d'une alimentation équilibrée associée à l'activité physique.
50	a) une prise de poids excessive	Un excès d'apports par rapport aux besoins favorise la prise de poids.

 

 

BREVET

Exercice guidé façon brevet — Effort à vélo et consommation de dioxygène

Cet exercice guidé, de type brevet, propose d'étudier l'effet de l'intensité d'un effort à vélo sur la consommation de dioxygène de l'organisme, à partir de mesures réalisées chez un même cycliste pour trois intensités d'effort différentes.

Contexte Un cycliste pédale sur un vélo d'appartement relié à des capteurs. On fait varier l'intensité de l'effort en modifiant la résistance et la vitesse de pédalage, mesurée en nombre de tours de roue par minute. Pour chaque intensité, on mesure la fréquence cardiaque et la consommation de dioxygène de l'organisme. On mesure également, en laboratoire, la composition de l'air ambiant inspiré et celle de l'air expiré par le cycliste.

 

Figure 5 — Fréquence cardiaque et consommation de dioxygène selon l'intensité de l'effort à vélo.

Intensité de l'effort	Tours de roue / min	Fréquence cardiaque	Consommation de O2
Léger	40 tr/min	95 batt/min	375 mL/min
Modéré	70 tr/min	130 batt/min	1 250 mL/min
Intense	100 tr/min	170 batt/min	3 000 mL/min

 

Document — Composition de l'air L'air ambiant inspiré contient environ 21 % de dioxygène et environ 0,04 % de dioxyde de carbone. L'air expiré par une personne au repos contient environ 16 % de dioxygène et environ 4 % de dioxyde de carbone : à chaque inspiration puis expiration, une partie du dioxygène de l'air inspiré passe dans le sang, tandis qu'une partie du dioxyde de carbone produit par les cellules passe du sang vers l'air expiré.

 

Consigne Question 1 : Décrivez comment évoluent le nombre de tours de roue par minute, la fréquence cardiaque et la consommation de dioxygène quand l'intensité de l'effort augmente. Question 2 : Calculez par quel facteur est multipliée la consommation de dioxygène entre l'effort léger et l'effort intense. Question 3 : En utilisant le document sur la composition de l'air, expliquez comment le dioxygène de l'air ambiant parvient jusqu'aux muscles du cycliste. Question 4 : En vous appuyant sur l'ensemble des données (fréquence cardiaque, ventilation, composition de l'air), expliquez pourquoi l'organisme doit ajuster plusieurs paramètres à la fois lorsque l'intensité de l'exercice physique augmente.

 

Corrigé

1. Évolution des paramètres mesurés Quand l'intensité de l'effort augmente (léger → modéré → intense), le nombre de tours de roue par minute augmente (40 → 70 → 100 tr/min), la fréquence cardiaque augmente également (95 → 130 → 170 battements/min), et la consommation de dioxygène augmente très fortement (375 → 1 250 → 3 000 mL/min). Ces trois paramètres évoluent donc dans le même sens que l'intensité de l'effort.

 

2. Facteur de multiplication de la consommation de O2 Consommation de O2 à l'effort intense ÷ consommation de O2 à l'effort léger = 3 000 ÷ 375 = 8. La consommation de dioxygène est donc multipliée par 8 entre un effort léger et un effort intense.

 

3. Trajet du dioxygène jusqu'aux muscles L'air ambiant inspiré (environ 21 % de O2) arrive dans les poumons ; une partie de ce dioxygène traverse la paroi des alvéoles pulmonaires pour passer dans le sang, ce qui explique que l'air expiré soit appauvri en dioxygène (environ 16 % seulement). Le dioxygène est ensuite transporté par le sang, grâce à la circulation sanguine dont le débit augmente à l'effort (cœur qui bat plus vite), jusqu'aux muscles, où il est prélevé et utilisé par les cellules musculaires pour produire de l'énergie par respiration cellulaire.

 

4. Pourquoi plusieurs paramètres s'ajustent en même temps Plus l'intensité de l'exercice augmente, plus les muscles sollicités (ici, ceux qui font pédaler et font tourner la roue plus vite) consomment de dioxygène et de nutriments pour produire l'énergie nécessaire à leur contraction. Pour répondre à cette demande accrue, le système nerveux ajuste automatiquement plusieurs paramètres à la fois : la fréquence cardiaque augmente pour accélérer la circulation du sang chargé de dioxygène et de nutriments vers les muscles, et la ventilation pulmonaire (fréquence et amplitude respiratoires) augmente pour renouveler plus rapidement l'air des poumons et permettre davantage d'échanges de dioxygène et de dioxyde de carbone. Ces ajustements combinés — plus de sang, plus vite, plus chargé en dioxygène — permettent à l'organisme de multiplier par 8 sa consommation de dioxygène entre un effort léger et un effort intense, en accord avec l'augmentation des besoins énergétiques des muscles.

 

Barème indicatif (/20) •     Question 1 (description des évolutions) : 4 points •     Question 2 (calcul du facteur ×8, avec la démarche) : 4 points •     Question 3 (trajet du dioxygène, alvéoles/sang/muscles) : 6 points •     Question 4 (mise en relation des paramètres, argumentation) : 6 points