Adaptation cardio-vasculaire à l'effort PDF

UE Appareil cardio-vasculaire – Physiologie Binôme n°47 : Bass et mimi Pr. Seronde 14/10/2023 – 9h30-10h30 Adaptation cardio-vasculaire à l’effort Introduction L’exercice physique nécessite un apport d’énergie produit par le muscle...

UE Appareil cardio-vasculaire – Physiologie Binôme n°47 : Bass et mimi Pr. Seronde 14/10/2023 – 9h30-10h30 Adaptation cardio-vasculaire à l’effort Introduction L’exercice physique nécessite un apport d’énergie produit par le muscle et d’oxygène. Cette énergie provient de l’hydrolyse de l’ATP, qui est la seule source d’énergie chimique de l’organisme immédiatement convertible en énergie mécanique (cycle de Krebs). Durant un effort physique, au-delà des premières minutes d’exercice, la performance dépend essentiellement de la capacité individuelle de transport de l’O2 aux fibres musculaires actives (métabolisme aérobie). C’est-à- dire qu’à niveau d’entraînement égal, selon les sujets, les capacités de transport d’O2 et donc les performances de chaque individu seront différentes. Cela varie selon notre génétique, notre entrainement, notre genre, notre âge, notre mentalité (aller courir le lendemain du WEI ce n’est pas donné à tout le monde…),... NON DIT mais bien pour comprendre : Durant un effort, la performance résulte de la motivation mais également de la capacité individuelle du transport de l’O2 jusqu’aux muscles (=Métabolisme aérobie). Ainsi, même avec beaucoup d‘entrainement, si cette capacité individuelle au transport de l’O2 est faible, la performance ne sera pas très bonne. Ainsi le prélèvement et l’utilisation de l’O2 comprend 3 étapes : 1. Pulmonaire : avec la ventilation, la diffusion alvéolo-capillaire et la fixation de l’O2 sur l’hémoglobine (si on a de "bon poumons", on va avoir une bonne entrée d'oxygène) 2. Cardio-vasculaire : avec le transport d’O2 (lié au taux d’hémoglobine) jusqu’aux capillaires musculaires, une bonne pompe cardiaque, un bon système de conduction. 3. Musculaire : avec les nombreuses étapes de diffusion de l’O2 des globules rouges à la mitochondrie et son extraction au niveau des capillaires musculaires puis finalement son utilisation par les chaînes respiratoires (production ATP grâce au cycle de Krebs). è Pour avoir une bonne activité physique et de bonnes performances sans symptômes à l’effort, il faut avoir des poumons qui vont bien, un bon cœur, une bonne masse musculaire pour l’extraction d’oxygène et il faut avoir un bon système de transport (grâce à de nombreux globules rouges qui transportent l’oxygène). I. Adaptations cardio-vasculaires pendant l’exercice 1. Les 2 types d’exercice physique L’adaptation cardio-vasculaire est différente selon le type d’effort physique. Il existe 2 types d’effort physique : L’exercice dynamique (isotonique) : effort physique qui présente un déplacement c’est-à-dire un mouvement articulaire (ex : course à pied, vélo). L’exercice statique (isométrique) : effort physique qui ne présente pas de déplacement (ex : la musculation/gainage). 1/10 UE Appareil cardio-vasculaire – Physiologie Binôme n°47 : Bass et mimi Pr. Seronde 14/10/2023 – 9h30-10h30 2. Description des phénomènes Pour s’adapter à l’effort physique dynamique on observe différents phénomènes d’adaptations : L’augmentation du débit cardiaque grâce à l’augmentation de la fréquence cardiaque et l’augmentation du volume d'éjection systolique La redistribution du débit cardiaque avec les phénomènes de vasodilatation et de vasoconstriction, débit différent pour chaque organe en fonction de ses besoins (muscles +++ à l’effort) La diminution des résistances périphériques totales L’augmentation de la pression artérielle moyenne 3. Mécanismes adaptatifs Les mécanismes adaptatifs sont de 2 types : Neurologiques (sympathique +++) Humoraux/Métaboliques (grâce à la sécrétion de différentes neuro-hormones) II. Exercices dynamiques et exercices statiques 1. Les exercices dynamiques (typiquement vélo, course à pied = endurance) Les exercices dynamiques (isotoniques) consistent en des mouvements réalisés à une fréquence plus ou moins élevée ; les contractions musculaires sont intermittentes et séparées d’intervalles de relâchement/repos musculaire pendant lesquels les conditions sont favorables à l’irrigation musculaire. Il va y avoir une vasodilatation musculaire. Ces exercices peuvent être en : à Endurance : intensité modérée mais prolongée dans le temps (ex : marche, course à pied...) à Résistance : intensité forte mais de faible durée (ex : sport collectifs, tennis, sprint…) NB : Pour les exercices en résistance la fréquence cardiaque va beaucoup augmenter. Les activités dynamiques en résistance ont un effet sur la fréquence cardiaque qui sera donc plus marqué. En pathologie cardio-vasculaire, pour les patients qui ont un cœur fatigué, on conseillera plutôt au patient d’adopter des activités dynamique/d’endurance avec des intensités modérées mais prolongée dans le temps, car les exercices statiques vont aggraver la pathologie 2/10 UE Appareil cardio-vasculaire – Physiologie Binôme n°47 : Bass et mimi Pr. Seronde 14/10/2023 – 9h30-10h30 2. Les exercices statiques Les exercices statiques (isométriques) consistent en contractions plus ou moins intenses et prolongées en condition isométrique (pas de déplacement articulaire) pendant lesquelles l’irrigation sanguine est bloquée au niveau du muscle (car la contraction est permanente). On va avoir une augmentation des résistances vasculaires au niveau musculaire. Les exercices statiques sont favorables pour la prise de muscles mais pas pour le cœur (typiquement la musculation). Les exercices isométriques (=statiques) s’accompagnent d’un arrêt de l’irrigation musculaire lorsque la force de contraction dépasse 25 à 30 % de la force maximale isométrique. Ce type d’exercice s’accompagne donc d’une diminution du volume d’éjection systolique (VES) par augmentation de la postcharge. Le débit sanguin (Q) de la grande circulation diminue ou reste stable si l’augmentation de la FC compense la baisse du VES (Q = FC x VES). Rappel : La postcharge = résistance que le cœur doit surmonter pour éjecter le sang, elle est principalement due à la pression dans les artères. En gros, plus la postcharge est élevée plus le cœur doit fournir d’efforts pour pomper les sangs dans la circulation. 4. Exercice dynamique vs exercice statique Bien comprendre ce schéma, la professeure le décrit dans le cours pour reprendre ses explications précédentes, c’est le bilan Quand on effectue un exercice physique, si on veut être performant sur le plan cardiaque et vasculaire, il vaut mieux effectuer des exercices musculaires dynamiques. Et on peut bien sûr concilier les 2. III. Adaptations cardio-vasculaires pendant l’exercice dynamique Pour la suite du cours, on ne parlera que de l’exercice dynamique. 1. VO2, débit et fréquence cardiaque Relation entre l’intensité d’exercice et la A l’effort, quand on augmente la consommation d'oxygène PA mesurée avec un brassard (athlète (VO2max), on a une augmentation de la PA Systolique et d’endurance) une augmentation de la PA Diastolique au cathéter (pression sanglante). (Quand on met un brassard, on n’analyse pas la PAD périphérique (qui diminue) et on voit qu’on a une augmentation de la différence de pressions entre systole et diastole). Pour la prof, ce qu’il faut retenir c’est que ; quand on fait un effort physique, la PA doit augmenter (c’est normal, c’est une adaptation lié à l’effort). 3/10 UE Appareil cardio-vasculaire – Physiologie Binôme n°47 : Bass et mimi Pr. Seronde 14/10/2023 – 9h30-10h30 A l’effort, on a une augmentation de la FC avec une augmentation du débit cardiaque et une augmentation de la VO2. Toutes ces augmentations ont des limites/un seuil maximum, elles ne peuvent pas être infinies. On a beau s’adapter, on ne peut pas aller plus loin que ce que l’on peut faire. 2. La VO2max durant l’effort physique VO2max = consommation maximale en oxygène au nez. Rappel de l’équation de Fick et VO2 CaO2 – CvO2 c’est la différence de (important) teneur en oxygène du sang entre le sang artériel et le sang veineux (ne nous remerciez pas) Par cette équation de Fick, on met en relation la VO2 et le débit cardiaque. Quand on mesure la VO2 du patient, on va forcément évaluer son débit cardiaque. Pour augmenter la consommation en oxygène, on peut augmenter le débit cardiaque et le volume d’éjection. Quand on veut calculer la capacité d’effort chez quelqu’un, on lui fait faire une épreuve d’effort, avec mesure des gaz expirés. On fait pédaler le patient sur un vélo, avec un masque sur le nez pour mesurer la quantité d’O2 consommée et la quantité de CO2 expiré, des électrodes pour la FC, un brassard pour surveiller la PA. On retrouve 3 phases à l’exercice physique : QR = Quotient respiratoire FC 1. La phase aérobie : Au début d’un exercice physique, CVO2 la consommation d’oxygène est supérieure à la libération de VO2 VE CO2 (peu de libération de CO2, il reste dans le corps) à C’est la phase d’aérobie. QR >1 SV1 VO2max Exercice en aérobie Exercice en anaérobie 4/10 UE Appareil cardio-vasculaire – Physiologie Binôme n°47 : Bass et mimi Pr. Seronde 14/10/2023 – 9h30-10h30 2. La transition : le seuil ventilatoire. Au fur et à mesure de l’effort, au bout d’un certain nombre de watts (+ 10 à 20 watts/min), les deux courbes (CO2 et VO2) vont se croiser (autant d’oxygène consommé que de CO2 libéré). Le point de croisement entre ces deux courbes est le « seuil ventilatoire » (ou SV1). C’est le moment où le quotient respiratoire VO2/VCO2 = 1. Il marque la transition entre l’aérobie et l’anaérobie car la quantité de CO2 libérée devient supérieure à la quantité d’O2 consommée. On sait qu’on a atteint le seuil lorsqu'on arrive plus à chanter (mais on peut toujours parler) et qu’on a mal dans les muscles (à cause de l’accumulation d’acide lactique). En revanche lorsqu’on se retrouve avec des courbatures le lendemain c’est qu’on a travaillé au- dessus du seuil ventilatoire (au-dessus du seuil = anaérobie). Plus un individu est entraîné, plus la durée pour atteindre le seuil ventilatoire sera importante. Pour améliorer davantage ce seuil ventilatoire, il faudra s’entraîner à ce seuil. 3. La phase anaérobie : Au-delà du seuil ventilatoire (quand la courbe de CO2 est au-dessus de la VO2), on se retrouve en phase d’anaérobie. Les cellules vont produire de l’acide lactique et consommer beaucoup d’oxygène pour fabriquer de l’énergie. Pour répondre aux besoins de l’organisme pendant cette phase, la respiration, la fréquence cardiaque et la ventilation s’adaptent. En effet, les trois augmentent durant l’effort. QR vélo > exercices réalisés uniquement avec les membres supérieurs). Plus je suis âgé, plus ma fréquence maximale théorique est basse et inversement La fréquence cardiaque maximale (FCmax) peut être mesurée ou estimée. FMT = (220 -âge du sujet) Cette formule n’est qu’indicative. La différence entre la valeur réelle et la valeur estimée peut dépasser 10 bpm. b) Une augmentation du volume d’éjection systolique 6/10 UE Appareil cardio-vasculaire – Physiologie Binôme n°47 : Bass et mimi Pr. Seronde 14/10/2023 – 9h30-10h30 Pendant la systole, on a, à la fermeture de la valve mitrale le volume max du ventricule en fin de diastole. Pendant la phase de contraction isovolumétrique le volume reste stable, à l’éjection le volume ventriculaire diminue et pendant la phase de relaxation isovolumétrique le volume reste stable et la pression baisse. C’est ce qui se passe au repos. En début d’exercice, le VTDVG augmente par augmentation du retour veineux ou précharge. (car on a la pompe musculaire qui chasse le sang veineux au niveau des cavités cardiaques donc augmentation du retour veineux aux atriums). Le VTSVG diminue par la loi de Starling à la suite des effets inotropes positifs de la stimulation adrénergique (hyperstimulation du système sympathique à l’effort) à moins de sang résiduel dans le cœur en fin de systole. L’augmentation de la fréquence cardiaque au cours de l’exercice s’accompagne d’une diminution de la phase de remplissage passif et, par conséquent, d’une augmentation de la contraction auriculaire pour le remplissage ventriculaire car le retour veineux est augmenté. POV : Armstrong a un ventricule très dilaté, une FC basse de 35/minutes au repos, et un VTDVG énorme avec une réserve incroyable. Son système parasympathique est lui aussi très stimulé. Tandis que le sédentaire a une FC très rapide, un système sympathique qui est très stimulé. c) Adaptation de la redistribution du débit cardiaque (toujours pendant l’exercice dynamique) C’est la répartition du débit sanguin dans l’organisme, elle se fait en fonction des besoin métaboliques des différents organes à un moment donné. Cette adaptation est effectuée grâce aux modifications des résistances des vaisseaux irriguant les différents organes : - Vasodilatation (augmentation du diamètre des vaisseaux à augmentation du débit car moins de résistance). Elle se fait plutôt au niveau musculaire. - Vasoconstriction (diminution du diamètre des vaisseaux à réduction du débit local) 7/10 UE Appareil cardio-vasculaire – Physiologie Binôme n°47 : Bass et mimi Pr. Seronde 14/10/2023 – 9h30-10h30 Pendant l’effort, il va y avoir au niveau vasculaire systémique, une redistribution du débit cardiaque avec des phénomènes de vasodilatation et vasoconstriction en fonction de l’organe intéressé. Au repos, le débit sanguin est essentiellement consacré aux reins, au système digestif, au cerveau, un peu aux muscles et peu au cœur. Au contraire, lors de l’exercice physique, le débit cardiaque augmente d’environ 5L à 25L/min et il est essentiellement au profit des muscles (20L environ). On dit que 80% du débit cardiaque va aux muscles durant un exercice physique. Redistribution du débit cardiaque à l’effort : Dans certains territoires on aura de la vasodilatation : o Au niveau des muscles actifs : vasodilatation artériolaire, ouverture des capillaires (pour apporter le + d’O2 possible), vasodilatation ascendante. o Au niveau des coronaires (pour augmenter la perfusion en O2 du cœur qui est devenu tachycarde). o Au niveau cutané à augmentation de la température corporelle : thermolyse, car quand je fais un effort je libère de la chaleur et donc on doit la réguler à c’est pour ça qu’on est rouges. Donc pour diminuer et réguler la chaleur, on l’évacue grâce à la vasodilatation (c’est pour ça qu’on devient tout rouge et on sue : pour réguler notre température interne). Tandis que dans d’autres on aura une vasoconstriction : è Organes avec des métabolismes réduits durant l’effort o Artérielle : splanchnique (au niveau du TD), rénale, des muscles inactifs, cutanée dans un premier temps. o Veineuse : cutanée (début d’exercice), musculaire. Tout cela est régulé grâce à des chémorécepteurs qui induisent la production de marqueurs d’activité lors d’un effort, pour « demander » de l’O2 et ainsi entraîner une vasodilatation. Ces mécanismes peuvent être : è Métaboliques (on ne s’y intéresse pas dans ce cours) è Neurologiques (le plus connu est le système neuro-végétatif) 8/10 UE Appareil cardio-vasculaire – Physiologie Binôme n°47 : Bass et mimi Pr. Seronde 14/10/2023 – 9h30-10h30 Le système (ortho)sympathique est le système nerveux de l’action, il est stimulé lors de l’effort contrairement au système parasympathique qui est donc diminué. Son activation s’accompagne : - D’une accélération de la fréquence cardiaque, - D’une augmentation de la contractilité myocardique (effet inotrope), - D’une dilatation des bronche, - D’une diminution de la motricité et des sécrétions digestives, - D’une diminution de la sécrétion d’insuline, - D’une augmentation de la sécrétion de glucagon (action sur le pancréas). Le système sympathique n’agit pas seulement sur le cœur et les vaisseaux. Le système parasympathique est le système nerveux de la récupération. Son activation s’accompagne : - D’un ralentissement de la fréquence cardiaque, - D’une constriction des bronches, - D’une augmentation de la motricité et des sécrétions digestives, - D’une augmentation de la sécrétion d’insuline. Les sportifs de hauts niveaux doivent avoir un système parasympathique et un système sympathique très performants, la récupération compte autant que l’action. Cet antagonisme est moins net en ce qui concerne l’innervation végétative somatique. Il existe des structures qui ne possèdent qu’un type d’innervation, ce sont les vaisseaux somatiques (peau, muscles) qui sont uniquement innervés par le système sympathique. Leurs diamètres dépendent d’une stimulation sympathique plus ou moins intense grâce aux récepteurs du système sympathique. Dans les autres organes, on retrouvera des récepteurs pour le système sympathique mais aussi pour le système parasympathique. Schéma bilan des mécanismes de régulation neurologiques et métaboliques : Elle ne le demandera pas à l'examen NB : l’exercice physique préviens le diabète. 9/10 UE Appareil cardio-vasculaire – Physiologie Binôme n°47 : Bass et mimi Pr. Seronde 14/10/2023 – 9h30-10h30 L’exercice physique met en route plein de mécanismes. On doit retenir le principe, comment ça se passe quand on fait un effort, comment le cœur et la circulation s’adaptent. On doit retenir mais pas apprendre par cœur, le but est vraiment de comprendre avant tout. En résumé : Modifications cardio-vasculaires lors de l’exercice - Augmentation du débit cardiaque par augmentation de la FC et de la VES - Augmentation de la FC à augmentation de l’activité sympathique et diminution de l’activité parasympathique - VES : augmentation VTDVG augmentation inotropisme +++ - Résistance périphérique totale : baisse des résistances dans le cœur et le muscle squelettique et augmentation dans les autres organes - Augmentation de la PA moyenne : le débit cardiaque s’élève + que les résistances baissent 10/10