Physiologie Cardiaque et Activité Physique

Physiologie de l'exercice : Vue du clinicien-cardiologue

• Le cours porte sur la physiologie de l'exercice, vu par un clinicien-cardiologue.
• Le cours est désigné comme REA 1001.
• Le professeur est Francois Simard, MD, FRCPC.

Objectifs du Cours

• Décrire la réponse physiologique du corps humain lors de l'activité physique.
• Décrire les adaptations cardiovasculaires à l'entraînement et leurs déterminants.
• Expliquer le déconditionnement et le désentraînement.
• Comparer rationnellement les entraînements continu et par intervalles.
• Les diapositives marquées d'un astérisque (*) sont importantes pour l'examen.

Équation de Fick*

• La performance humaine lors de l'exercice dépend de la capacité à consommer de l'oxygène (VO2).
• VO2 = Débit cardiaque (Q) x Différence artério-veineuse en oxygène (∆O2 artérioveineux).
• VO2 = Q x ([O2 artérielle] - [O₂ veineuse]).
• La concentration d'oxygène ([O2]) est calculée par l'équation : [O2] = 1.34x[hémoglobine]xSaO2 + pO2 x 0.0031 où : 1.34ml O2/gramme d'hémoglobine.

O2 sanguin

• L'oxygène dissous dans le sang est faible.
• L'oxygène se lie à l'hémoglobine.
• L'oxygène est transporté par le sang.
• L'oxygène est transporté dans le corps.

Réponse physiologique à l'exercice

• Tachycardie
• Volume d'éjection
• Tension artérielle
• Redistribution du flot sanguin
• Muscle périphérique
• Hémoglobine

Anticipation de l'exercice

• Le contexte menant à l'exercice active le centre cardio-accélérateur.
• Cela provoque une augmentation de la fréquence cardiaque et du volume d'éjection avant l'effort.

Tachycardie durant l'exercice

• Diminution des influx parasympathiques.
• Augmentation des influx sympathiques.
• Médiée par la noradrénaline et l'adrénaline (sécrétée par les glandes surrénales).

Autres influences sur le système sympathique

• Thermorécepteurs
• Chimiorécepteurs (CO2)
• Mécanorécepteurs : peau et tendons

Volume d'éjection et ses déterminants

• Pré-charge : Remplissage ventriculaire avant la systole, entraînant l'étirement des fibres musculaires.
• Contractilité : Force de contraction d'une fibre musculaire, indépendamment de son étirement.
• Post-charge : Pression opposée à la sortie du sang des ventricules.

Pré-charge

• Lors de l'effort physique, la pré-charge est généralement augmentée.
• « Pompe musculaire » : Mobilisation du sang veineux dans les extrémités (particulièrement les membres inférieurs).
• « Pompe respiratoire » : Tachypnée et inspiration profonde.

Lusitropie

• Décrit la capacité de relaxation des fibres myocardiques.
• L'activation du système sympathique a un effet lusitropique positif.
• Améliore le remplissage des ventricules en diastole.

Contractilité ou inotropie*

• Durant l'exercice, la contractilité est principalement influencée par le système sympathique.
• Activation des récepteurs β1 de la noradrénaline et l'adrénaline (sécrétées par les glandes surrénales).
• Activation de l'adénylate cyclase.
• AMP cyclique -> calcium.

Tension artérielle

• Augmentation habituelle de la tension artérielle durant l'exercice.
• Activation des récepteurs alpha et β2 sympathiques.
• La vasodilatation des vaisseaux de certains organes cibles.
• L'augmentation du débit cardiaque.
• Niveau d'hydratation.

Redistribution du débit cardiaque*

• L'effort augmente le débit cardiaque, surtout vers les muscles.
• Diminution du flot sanguin vers les organes intra-abdominaux par vasoconstriction sympathique.

Régulation « locale » ou par organe*

• Régulation intrinsèque : régulation au niveau local du tissu/organe, utilisant les hormones paracrines.
• Régulation extrinsèque : régulation par des nerfs ou des hormones agissant à distance.

Auto-régulation au niveau musculaire*

• La régulation intrinsèque au niveau du muscle l'emporte sur la régulation extrinsèque.
• Favorise un apport sanguin plus important aux muscles durant l'effort.
• L'effet de vasodilatation local est médié par le monoxyde d'azote (NO).

Extraction cellulaire - 1

• L'oxygène est transporté dans le sang et extrait dans les tissus périphériques via un gradient de concentration.

Extraction cellulaire - 2

• L'extraction périphérique peut être calculée en fonction de la concentration d'hémoglobine, ainsi que la concentration artérielle et veineuse en oxygène.

Extraction cellulaire - 3

• L'oxygène de l'hémoglobine est important.
• L'oxygène se lie aux protéines plasmatiques.
• D'autres processus interviennent pour transporter l'oxygène par le sang.

Extraction cellulaire - 4

• Le transport de l'oxygène n'est pas linéaire, reliant les tissus à l'hémoglobine.
• Une diminution de la pO2 dans les tissus a un effet amplifié sur la dissociation de l'Hb-O2

Réponse à l'exercice*

• Augmentation du débit cardiaque.
• Redirection des flux sanguins vers les organes importants.
• Autorégulation locale pour favoriser l'apport sanguin et l'extraction d'oxygène.
• L'apport sanguin est souvent le facteur limitant à l'exercice.

Si baisse de performance*

• Baisse du VO2 due à plusieurs facteurs, incluant les maladies de conduction.
• Maladies cardiovasculaires, maladie coronarienne, maladie valvulaire.
• Maladies pulmonaires (hypoxémie), anémie et shunts.

Effects de l'entraînement

• Amélioration cardiovasculaire : Amélioration du débit cardiaque, hypertrophie du cœur, dilatation des cavités cardiaques.
• Amélioration musculaire : Amélioration de l'efficacité d'extraction et d'utilisation d'oxygène, la microcirculation.

Adaptations à l'exercice

• Modifications cardiaques, électriques et architecturales des muscles ainsi que les adaptations cellulaires.

Adaptations cardiaques

• Modification anatomique ou électrique du cœur suite à un entraînement régulier.
• Impliquant de multiples chemins de signalisation.

Quelques définitions*

• Hypertrophie : augmentation de la masse cardiaque, souvent par l'épaississement de la paroi, essentiellement ventriculaire.
• Dilatation : augmentation de la taille d'une ou plusieurs cavités cardiaques.

Cœur d'athlète

• Ensemble des adaptations cardiaques induites par la pratique d'une activité physique dédiée.
• Adaptable et réversible en environ 3 mois.

Influence de la discipline

• Différentes disciplines sportives induisent différentes adaptations cardiaques.

Influence de l’ethnicité du sexe

• Les athlètes mâles présentent une dilatation de la cavité cardiaque plus importante que les femmes.

Remodelage parois ventriculaire gauche

• Augmentation de l'épaisseur des parois du ventricule gauche de 10-20% chez les athlètes.
• 1,5% d'athlètes au Royaume-Uni présentent une épaisseur des parois supérieures à 12 mm.

Influence de l'ethnicité et du sexe

• Les athlètes noirs/noirs américains montrent une plus grande épaisseur du ventricule gauche et sont plus gros.

Dans quel but ?*

• La dilatation augmente la pré-charge, le volume télé-diastolique, le volume d'éjection et la contractilité.
• Améliore le débit cardiaque lors de l'exercice.

Au repos

• Les athlètes entraînés ont un plus gros volume d'éjection au repos par rapport aux autres individus.
• Cela est dû au système parasympathique.

Exemple de question

• Questions diverses sur les facteurs influant sur la livraison d’oxygène aux muscles périphériques durant l’exercice (ex: transfusion sanguine, médicament bloquant les récepteurs β1, hydratation constante pendant l’exercice, dilatation du ventricule gauche secondaire à l’entraînement).

Adaptations musculaires à l'entraînement

• Biogénèse mitochondriale.
• Développement de la microcirculation musculaire.
• Modification du métabolisme des substrats.

Métabolisme musculaire*

• La production d'énergie (ATP) nécessaire à la contraction musculaire dépend de trois processus possibles :
  • La phosphocréatine.
  • La glycolyse.
  • La phosphorylation oxydative.

Phosphorylation oxydative*

• Se déroule dans la mitochondrie.
• Permet de produire plus de 30 molécules d'ATP par molécule de glucose.
• Utilise également les acides gras libres.
• Constituent le principal fournisseur d'énergie.

« Fatigue » à l'effort*

• Processus mixte central (système nerveux) et périphérique impliqué dans la fatigue.
• Accumulation des produits métaboliques, déplétion d'ATP et de glycogène.
• Atteinte du seuil anaérobique (accumulation de lactate).
• Dépend de la saturation et non de l'apport d'oxygène.

Adaptations musculaires – 1*

• Augmentation de la microcirculation.
• Optimisation de la surface de contact entre l'endothélium et le sarcolemme.
• Création de nouvelles mitochondries et optimisation du métabolisme des mitochondries.

Adaptations musculaires – 2*

• Augmentation de la capacité de stockage du glycogène.
• Optimisation de l'utilisation des acides gras libres.
• Augmentation des molécules nécessaires au cycle de Krebs.
• Favorisation des fibres à contraction lente par rapport aux fibres rapides.

Transport d'oxygène

• Augmentation de la production des globules rouges et de la capacité pulmonaire.
• Effets plus limités comparativement aux adaptations cardiaques et musculaires.

Désentraînement

• Perte des adaptations cardiaques et musculaires acquises suite à un entraînement à long terme.
• Minimum d'intensité, fréquence et durée pour conserver les acquis.
• Le minimum n'est pas connu et probablement différent entre les individus.

Déconditionnement – cardiaque*

• Diminution rapide et importante des capacités aérobiques avec un alitement prolongé.
• Diminution du débit cardiaque de 23% après 10 jours au lit.
• Diminution du volume sanguin et « pooling » veineux.
• Peu d’effets directs sur la contractilité.

Déconditionnement – musculaire (1)

• Atrophie musculaire affectant les muscles périphériques et du tronc.
• Augmentation de l'atrophie musculaire avec durée d'immobilisation.
• Diminution de la force musculaire.

Déconditionnement – squelette

• Maintien de la masse osseuse stimulé par les forces de traction musculaire.
• Perte de la masse osseuse rapide après une semaine.
• Pas d'impact important direct sur les capacités cardiovasculaires, mais risque accru de fractures.

Déconditionnement – résumé

• Impacts significatifs de l'immobilisation dès les premiers jours.
• Influence des maladies préexistantes et de l'âge.

Endurance

• Capacité de fournir un travail cardiovasculaire sans dépasser un certain seuil anaérobique.
• Altérée chez les patients atteints de maladies cardiovasculaires.

Type d'entraînement*

• Séparation entre les entraînements dynamiques et isométriques.
• Distinction des entraînements de haute et basse intensité.
• Différenciation des entraînements continu versus par intervalles.
• Amélioration des capacités possibles dès qu'on atteint le seuil anaérobique.

Entraînement continu

• Entraînement entre 50-70% de la capacité maximale pendant au moins 30 minutes.
• Entraîne des adaptations cardiaques et musculaires graduelles.

Intervalles aérobiques

• Séances avec des phases d'efforts intenses au seuil anaérobique, suivies de périodes de récupérations moins intenses.
• Permet une variation du rythme et évite l'ennui.

Intervalles anaérobiques

• Variations de vitesse et de fréquence avec des dépassements du seuil anaérobique.
• Améliore les capacités musculaires.
• Moins d'impact direct sur l'adaptation cardiaque.

Entraînement

• Entraînement progressif pour éviter les blessures et la fatigue.
• L'amélioration de l'endurance et de la capacité cardiovasculaire a un effet direct sur la qualité de vie.

Exemple de question - 1 et 2

• Questions diverses sur le seuil anaérobique et les types d'entraînement.

Ce quiz explore les adaptations cardiaques en réponse à l'entraînement et à la surcharge en pression. Il évalue également les effets du déconditionnement et les différences de dilatation cardiaque selon le sexe. Testez vos connaissances sur les déterminants de la réponse physiologique lors des activités physiques.