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Physiologie : Homo Sapiens – Le système

L’exemplaire actuel «homo sapiens » ayant peu évolué depuis de nombreuses années, quoique souvent décrié, imité mais jamais égalé, est encore loin de pouvoir être connu dans toutes ses dimensions malgré les nombreuses tentatives (voir la robotique actuelle). Même si on arrive à décrypter aujourd’hui le livre des instructions (le génome et ses 30 000 gènes soit 2 000 livres de 500 pages chacun) les interactions établissant sa complexité sont loin d’être élucidées. 

Une carrière sportive d’athléte ne suffit pas pour s’engager dans l’enseignement sportif. Les compétences s’acquièrent au fil du temps, au contact de la pratique et de l’expérimentation, elles s’appuient sur de solides connaissances dans des domaines aussi variés que : l’anatomie, la physiologie de l’effort, la connaissance des sportifs’, les procédés d’entraînement.

L’organisme humain, pour mieux en comprendre le fonctionnement, est comparé à une machine (voiture). On parle de conduite, de moteur musculaire, de pompe cardiaque, de consommation de carburant.

Le modèle :

Dernier né de l’évolution de la gamme « homo », de la série « sapiens », modèle unique sur terre, très ancien dans sa conception (120 000 ans) dont le modèle précédent était également du genre « homo », de la série limitée « neanderthalensis » mais à la bobine trop grossière qui l’a conduit sur une voie de garage.

Il se décline en deux options : homme et femme. Dérivées du même genre, les versions peuvent être extrêmement variées et on peut même écrire que chacune d’elles demeure un exemplaire unique et singulier.

La carrosserie :

fabriquée en peau, la palette des couleurs est limitée, blanche ou noire, en passant par des teintes à nuance jaune ou rouge (ce dernier modèle en voie d’extinction). Elle s’étend sur une surface de 1,5 à 2 m2 avec une épaisseur de 1,5 à 4 mm suivant les zones et pèse 4 kg (7 % de la masse corporelle). Elle est agrémentée, pour la climatisation de 2,5 millions de glandes sudoripares, pour la garniture de 12 millions de poils (dont la pousse est de 2 mm par jour) et de 100 000 à 150 000 cheveux (perdus à raison de 90 par jour) sauf pour la version décapotable ; seule, l’option homme (sauf erreur de l’atelier de montage) peut offrir, pour une esthétique supplémentaire : 30 000 poils de barbe.

À l’examen approfondi du contrôle technique, l’opérateur compétent repérera – non sans une certaine admiration – le contenu d’un centimètre cube de peau : 70 centi­mètres de capillaires sanguins, 55 centimètres de fibres nerveuses, 230 récepteurs sensoriels, quinze glandes sébacées, cent glandes sudoripares, 500 000 cellules en renouvellement.

Le châssis

monocoque est très ancien de conception (déjà expérimenté dans les versions « homo erectus » d’il y a un milliard d’années) ; il est composé de 60 000 à 100 000 milliards de pièces réparties en 200 types de cellules différentes et 800 types de tissus spécifiques. Le magasinier en chef doit gérer un immense stock de pièces détachées car le remaniement est continuel : 100 millions de cellules remplacées à la minute.

L’armature squelettique

représente 20 % du poids total de la machine (15 kilos). Elle comprend 206 os. L’os de base est un élément solide et résistant. Par exemple, le fémur (cuisse) peut supporter des pressions de l’ordre de 280 kg par centimètre carré.

Quelques parties : la tête = 22 os (crâne = 8 et face = 14), chaque membre = 30 os, la cage thoracique = 24 côtes, la colonne vertébrale = 33 os…

Sur ce châssis de base, on repère de nombreux points d’ancrage nécessaires à l’attache des 600 muscles qui assurent la locomotricité.

Les amortisseurs

sont particulièrement soignés : le pied = 3 arches + 26 os + 31 arti­culations + 107 ligaments + 20 muscles et… des milliers de glandes sudoripares. Attention ! Le type de baskets chaussées ne doit pas être un frein à leur efficacité mécanique (250 kilos de pression à chaque foulée de course) et doit garantir une bonne suspension.

Autre exemple du soin apporté aux détails : le crâne est percé de 85 trous pour laisser passer câbles et commandes de transmission, durites et tuyaux pour les fluides.

Cette ossature se renouvelle régulièrement pour éviter l’usure : 5 à 7 % de la masse osseuse recyclée par semaine, ce qui revient à refaire son squelette 4 à 5 fois dans la durée de vie du modèle. Même si, en fin d’utilisation, certaines maladies (comme l’ostéoporose) peuvent ronger et fragiliser ce châssis entraînant sa corrosion.

La cylindrée :

la puissance est variable suivant que le moteur fonctionne avec ou sans oxygène. Dans le fonctionnement aérobie, le VO2 max est la jauge universelle de mesure de la cylindrée. La majorité des versions présente un VO2 max autour de 45 (ml/min/kg), le haut de gamme (triathlète, marathonien) s’établit à 80 à 85 (un skieur de fond a atteint 94). Naturellement les performances s’en ressentent et sont nettement différentes. Exemple du marathon : 2 h et quelques minutes (pour la série « WRC » soit 21 km/h de moyenne) et de 3 h à 5 h pour la version de base (cylindrée type « vulgum pecus »).

Les performances

sont dépendantes du type de carburant utilisé. Les exemples suivants sont des exploits réalisés par des moteurs de série olympique, à boîte trois vitesses (vitesse, résistance, endurance), chrono départ arrêté :

sur terre :

  • 100 m en 10,78 s -+ 36 km/h (départ lancé, la vitesse maximale est de 44 km/h)
  • 400 m en 43,18 s -+ 33 km/h ; 800 m en 1 min 41 s -+ 28,5 km/h
  • marathon (42,195 km) en 2 h 04 min -+ 20,4 km/h

Conclusion : plus la durée de l’effort augmente, plus la vitesse diminue.

sur l’eau :

le modèle peut aussi fonctionner sur le mode amphibie mais les perfor­mances en sont altérées -+ mode de propulsion inadapté au milieu aquatique, profil hydrodynamique faible :

  • 50 m en 21,64 s -+ 8,3 km/h à vitesse maximale
  • 100 m en 47,84 s -+ 7,52 km/h
  • 10 km en 1 h 46 min 38 s -+ 5,6 km/h
  • 25 km/h en 4 h 55 min 51 s -+ 5,06 km/h

 

La musculature

recense environ 600 muscles qui représentent 42 % en version masculine (30 kg) et 36% en version féminine (20 kg) du poids du corps. Ils tota­lisent 250 millions de fibres musculaires (autant de « pistons » pour transmettre la motricité) innervés par 420 000 neurones (chacun d’eux se connectant de 5 à 150 fibres musculaires). À régime maximal, turbo grand ouvert, ils reçoivent 85% de la distribution sanguine, au repos 20 % seulement.

Le rendement est correct pour le genre : 25 % d’énergie mécanique (jusqu’à 30 % pour les modèles haut de gamme) et 75% de chaleur (idéal en hiver pour le chauffage et le dégivrage).

NB : petit clin d’œil de sophistication -+ l’œil a six muscles pour ses propres mouvements.

La pompe cardiaque

est au cœur du fonctionnement vital. Chargée de la distri­bution des fluides, elle est d’une longévité moyenne, pour les modèles immatri­culés en France, établie à 79 ans pour la version homme et 85 ans pour la version féminine (conduite plus souple ?).

C’est un petit organe de 300 g (1/200e du poids du corps mais 1/20e du sang circulant), son débit est de 5 litres/min, 300 l/h, 7 200 l/24 h, 3 millions l/an. À noter que dans les versions « sport », le débit peut être multiplié par cinq (voire par sept chez les modèles haut de gamme -+ 35 l/min). Il existe un compte-tours bien utile qui permet d’en surveiller le fonctionnement et d’éviter de trop « taper » dans les régimes (danger pour l’intégrité) : la Fréquence Cardiaque (FC). La moyenne en cycle « randonnée » est de 70 bpm (battements par minute), en footing aérobie de 150 bpm, à pleine puissance de 200 bpm. (La FC à 70 bpm, cela donne 4 200/h, 100 000/24 h, 3 milliards/vie.)

D’ailleurs, Astrand (un expert suédois) a recommandé de ne pas trop « monter dans les tours », FC maximale = 220 – âge ± 10. Autrement dit, pour le modèle à carte grise de 50 ans, il est prudent de ne pas insister trop longtemps au régime moteur maximum c’est-à-dire 170-180 bpm (déficit possible de l’alimentation sanguine ou désamorçage de la pompe).

Karvonen préconise une formule pour cibler le travail cardiaque avec précision :

FC cible = % réserve FC + FC repos dans lequel la réserve FC est égale à (FC max – FC repos).

Exemple : travail à 70 % chez un individu quand FC max = 200 bpm et FC repos = 70 bpm -4 FC cible 70 % = 70 % (200 – 70) + 70 = 161 bpm.

La vitesse de circulation du sang est de 2 km/h au repos ce qui fait que, dans sa vie, un globule rouge aura fait 180 000 fois le tour du corps.

La pompe à eau :

pour permettre le refroidissement du moteur et assurer la climatisation de l’habitacle, le système de régulation est automatique. Il permet l’évacuation de la chaleur par la sueur (0,5 l/jour sans effort particulier, de 2 à 5 litres si trajet dans un milieu ambiant chaud), extraite du plasma sanguin ce qui oblige à remettre de l’eau régulièrement dans les circuits (2,5 l/jour, beaucoup plus si le moteur tourne en ambiances chaudes).

Le circuit de distribution :

la tuyauterie flexible qui part et revient à la pompe cardiaque est estimée à 100 000 km de vaisseaux. Ils assurent la circulation du sang (5 à 6 l) composé pour 55 % de plasma (92 % d’eau) et d’une myriade de cellules en suspension : 35 millions de globules blancs, 25 000 milliards d’hématies, 3 milliards de plaquettes. Le sang est en renouvellement constant et la moelle osseuse produit 28 g de sang par jour.

Les cellules ont des durées de vie variables : pour les hématies environ 120 jours (de 2 à 3 millions remplacés par seconde, 200 milliards par jour), les plaquettes environ 5 à 10 jours.

NB : une hématie contient 250 millions de molécules d’hémoglobine qui permet­tent le transit d’un milliard de molécules d’oxygène;

Le circuit d’alimentation

est constitué de plusieurs pièces :

– l’estomac : capable de dilatation jusqu’à contenir quatre litres d’aliments. Il est presque vidé au bout de trois/quatre heures ce qui, dès lors, permet d’entreprendre des conduites sportives ;

– l’intestin grêle : conduit d’environ 2 mètres de long (6 à 7 mètres sans le tonus musculaire de la machine vivante) et de 2,5 centimètres de diamètre, couvert de 10 millions de villosités dont la surface d’échanges est estimée à 200 m2. Sa répa­ration est permanente puisque la muqueuse est refaite en trois jours.

Chaque jour, le circuit d’alimentation est traversé par environ 10 litres d’un mélange des liquides ingérés, des aliments digérés et des sucs digestifs secrétés. Dans une vie, ce circuit est traversé par 30 à 40 tonnes de nourriture.

 

Les filtres

– Le filtre à air : usiné en deux pièces essentielles, les poumons, parcourues par 1 600 km de capillaires sanguins. Protégés par les côtes, ils ventilent 5 à 8 litres d’air par minute en 12 à 15 mouvements soit 10 m3 par jour. Ils captent l’oxygène grâce à leurs 750 millions d’alvéoles pulmonaires (ce qui représente 150 m2 de surface d’échange, soit un demi-terrain de tennis). Le débit ventilatoire à l’effort est 25 à 30 fois le débit de repos (5 à 6 l/min) et chez un modèle de haut niveau (un rameur), il a même été enregistré un débit exceptionnel de 240 l/min soit deux fois plus qu’un sédentaire (les coffres sont de dimensions différentes !).

– Les filtres sanguins :

  • le foie : 1,4 kg, bloc usiné en quatre lobes, dont les propriétés (500 processus métaboliques) ne sont pas toutes connues. Il participe à la détoxication -+ alcool, ammoniac et médicaments (1 litre de sang en transit par minute) ;
  • les reins : petites pièces de 150 g chacune, 12 cm de haut, 6 cm de large et 3 cm d’épaisseur. Ils filtrent en permanence le sang (200 l/24 h soit 40 à 50 fois la totalité du sang circulant), fabriquent 180 litres d’urine primaire par jour, en réab­sorbent l’essentiel pour n’éliminer que 1,5 à 2 litres d’urine définitive.

Les réservoirs de carburant (carburateur hybride utilisant trois types d’énergie) :

– le super carburant (ATP-PC) :

démarreur des performances de vitesse maximale (44 km/h pour le haut de gamme type F1) mais très petit réservoir -+ durée d’uti­lisation limitée à 15-20 secondes seulement, ensuite arrêt au stand obligatoire pour récupération;

– l’essence (glucides sans oxygène) :

des performances d’intensité forte à très forte mais limitées dans le temps (2 min) car le moteur « serre » et s’arrête sous l’effet d’un engorgement lactique des pistons (les fibres musculaires) ;

– le diesel (glucides et lipides avec oxygène) :

si on laisse le moteur s’oxygéner, l’effort peut-être poursuivi plus longtemps voire quasi indéfiniment à allure réduite avec l’utilisation des graisses stockées (réservoir potentiel d’huile).

Les stocks embarqués :

pour les glucides [—+ le foie (100 g) et les muscles (300 g)] à eux seuls, ne permettraient qu’une durée maximale d’effort de 2 h (32 km) ; pour les graisses : le stock est estimé chez l’homme à 15 % (11 kg), dans la version féminine à 22 % (13 kg).

L’énergie potentielle emmagasinée dans les réserves de glycogène est relativement faible —+ environ 265 KJ (1100 Kcal), celle des graisses est pléthorique —+ 18 000 KJ (75 000 Kcal) voire plus, surtout chez les derniers modèles au moteur suralimenté « made in USA » !

L’ordinateur de bord :

d’une conception encore inégalée sur la planète, les neurologues ne perçoivent pas encore toutes les vertigineuses possibilités de calcul, de mémoire et de transmission de cette pièce maîtresse qu’est le GPS ou Global Personality System.

Il est composé de :

– un cerveau :

1 350 g, deux hémisphères reliés par 200 millions de fibres (le corps calleux), 100 milliards de neurones, 100 000 km de câbles, 500 000 milliards de connexions (un neurone peut avoir entre 1 000 et 100 000 synapses), 2 % du poids du corps mais 20 % de la consommation d’oxygène. Les informations lui arrivent par 12 paires de fils (nerfs optique, auditif, visuel…). La partie « réfléchissante » (le néocortex) ne représente qu’une couche de 2 à 4 mm à la périphérie du cerveau (soit une surface d’1 m2 divisé en 52 aires spécialisées). L’ensemble baigne dans 150 ml d’un liquide amortisseur, renouvelé toutes les trois/quatre heures c’est-à­dire qu’il se forme de 1 000 à 1 200 ml de liquide céphalorachidien par jour.

Inconvénient : les cellules cérébrales ne se régénèrent pas (tout du moins on le pense…), 70 meurent à la seconde. Mais, après calcul, il faudrait vivre plus de 1 000 ans pour les perdre tous… il y a de la marge ! Ouf !

– une moelle épinière

(de 42 cm de long, 1,8 cm d’épaisseur) qui traverse la partie centrale du châssis et distribue les circuits électriques (31 paires de nerfs, 20 000 motoneurones) pour recueillir les informations des milliers de capteurs disséminés ici et là et pour transmettre les ordres moteurs. Protégée par le canal aménagé dans les vertèbres qui lui servent de pare-chocs, elle peut être rendue inopérante par traumatisme (risques de paralysie). Le modèle n’est pas équipé d’airbag ni en série, ni en option !

– un système de régulation

hautement sophistiqué, représenté par une batterie d’une vingtaine d’organes (les glandes) placés en différents endroits-clés de la structure et dont le travail consiste à surveiller le fonctionnement immédiat et permanent du moteur. À signaler cependant d’éventuels dysfonctionnements et même des blocages du régulateur de vitesse de sécrétion (en hypo ou en hyperfonctionnement).

La consommation

Particularité de la machine : elle consomme même à l’arrêt (repos). En effet, le métabolisme de base est d’environ 6 700 KJ/24 h (1 600 Kcal/24 h) -+ il faut régu­lièrement passer à la pompe pour réapprovisionner les réservoirs.

Pour les autres consommations, il faut se référer aux différentes conduites ± économiques :

  • conduites à bas régime comme la marche 400 KJ/heure ;
  • conduites sportives (en KJ à l’heure) : aviron = 2 500, football = 3 000, ski de fond = 4 200 ; natation = 5 600 ; marathon = 13 230.

Attention ! Certains conducteurs, à conduite déjantée, font fumer l’arbre à came (cannabis), ce qui n’est pas autorisé par le code de la route !

L’échappement :

  • le gaz de combustion (CO2) créé par fonctionnement du moteur cellulaire en général (et musculaire en particulier) est rejeté par le ventilateur pulmonaire dans les cieux ;
  • les gaz dus à la digestion des aliments sont élaborés, après un séjour de 12 à 24 h, dans le gros intestin (1,5 m de long) par les 10 milliards de bactéries présentes. Elles contribuent à la fabrication des résidus catalytiques (150 ml de matières fécales) ainsi qu’au 500 ml de gaz (flatuosités). Petite contribution individuelle à l’effet de serre !

Le recyclage des matériaux (développement durable oblige) :

si vous deviez recyclez la machine (prenons un homme moyen de 80 kg), sachez que, déshydraté, son poids ne serait plus que de 28 kg (après la perte des 52 kg d’eau). Il resterait : 12 à 13 kg de protéines, 3 à 4 kg de glucides, 7 à 8 kg de lipides et 3 kg de sels minéraux.

Si on considère que la carcasse est constituée de quatre atomes principaux (C, H, O, N = 96,1 %) et de quelques 20 autres atomes, on obtiendrait : 45 kg d’O2, 12,6 g de carbone, 7 kg d’ H2, 2,1 kg d’azote, 1,5 kg de calcium, 860 g de phosphore, 300 g de soufre, 200 g de potassium, 100 g de sodium, 50 g de chlore, 10 g de magnésium, du fer, fluor, zinc, cuivre, cobalt, iode, manganèse, chrome, vanadium, silicium (ceux qu’on appelle des oligo-éléments, 0, 01%) et paraît-il quelques traces infinitési­males d’arsenic;

Le prix :

«homo sapiens » est d’une valeur inestimable donc le modèle est sans prix !