Physiologie de l'exercice - Cours REA 1001 - PDF

Physiologie de l’exercice Vue par le clinicien-cardiologue Francois Simard, MD, FRCPC Cours REA 1001 Objectifs Décrire la réponse physiologique du corps humain lors de l’activité physique; Décrire les adaptations cardiovasculaires à l’entraînement et ses détermina...

Physiologie de l’exercice Vue par le clinicien-cardiologue Francois Simard, MD, FRCPC Cours REA 1001 Objectifs Décrire la réponse physiologique du corps humain lors de l’activité physique; Décrire les adaptations cardiovasculaires à l’entraînement et ses déterminants; Déconditionnement et désentraînement; Rationnelle de l’entraînement continu versus par intervalles. * = diapositive importante pour l’examen Équation de Fick* Ultimement, la performance du corps humain durant l’exercice dépend de la capacité à consommer l’oxygène ou le VO2; 𝑉𝑂2 = 𝑄 𝑥 ∆ 𝑂2 𝑎𝑟𝑡é𝑟𝑖𝑜𝑣𝑒𝑖𝑛𝑒𝑢𝑥 𝑉𝑂2 = 𝑄 𝑥 ( 𝑂2 𝑎𝑟𝑡é𝑟𝑖𝑒𝑙𝑙𝑒 − 𝑂2 𝑣𝑒𝑖𝑛𝑒𝑢𝑠𝑒 ) Oxygène attaché à l’hémoglobine Oxygène dissoute dans le [O2] = 1.34x[hémoglobine]xSaO2 + pO2 x 0.0031 sang 1.34ml O2/gramme d’hémoglobine  oxygene dissoute dans le sang est faible O2 sanguin Source: Marieb, E. N., & Hoehn, K. (2019). Anatomie et physiologie humaines (6e ed. française). Pearson. Équation de Fick* 𝑉𝑂2 = 𝑄 𝑥 ∆ 𝑂2 𝑎𝑟𝑡é𝑟𝑖𝑜𝑣𝑒𝑖𝑛𝑒𝑢𝑥 𝑉𝑂2 = 𝑄 𝑥 ( 𝑂2 𝑎𝑟𝑡é𝑟𝑖𝑒𝑙𝑙𝑒 − 𝑂2 𝑣𝑒𝑖𝑛𝑒𝑢𝑠𝑒 ) 𝑉𝑂2 = 𝐹𝑐 𝑥 𝑉𝐸 𝑥 (1.34𝑥 𝐻𝑏 𝑥𝑆𝑎𝑂2 − 1.34𝑥 𝐻𝑏 𝑥𝑆𝑣𝑂2); VTD – VTS VTD: Volume La portion d’oxygène télédiastolique dissoute est considérée VTS: Volume négligeable télésystolique Équation de Fick* Ultimement, la performance du corps humain durant l’exercice dépend de la capacité à consommer l’oxygène (métabolisme aérobique) ou le VO2; 𝑉𝑂2 = 𝑄 𝑥 ∆ 𝑂2 𝑎𝑟𝑡é𝑟𝑖𝑜𝑣𝑒𝑖𝑛𝑒𝑢𝑥; 𝑉𝑂2 = 𝐹𝑐 𝑥 𝑉𝐸 𝑥 ( 𝑂2 𝑎𝑟𝑡è𝑟𝑒 − 𝑂2 𝑣𝑒𝑖𝑛𝑒𝑢𝑥); Coeur Muscles périphériques plus grand déterminant (tout ce qui et hémoglobine est pathologies cardiaques) Réponse physiologique à l’exercice Tachycardie; Volume d’éjection; Tension artérielle; Redistribution du flot sanguin; Muscle périphérique; Hémoglobine.  Anticipation de l’exercice Avant le début d’une activité, le contexte menant à l’effort physique ou « l’anticipation », entraînera une activation du centre cardioaccélérateur; via le centre cardio-accélérateur Augmentation préalable à l’effort de la fréquence cardiaque et du volume d’éjection. Source: Marieb, E. N., & Hoehn, K. (2019). Anatomie et physiologie humaines (6e ed. française). Pearson. Tachycardie durant l’exercice Diminution des influx parasympathiques et augmentation des influx sympathiques progressive; c’est pas un switch on/off Principalement médié par la noradrénaline et l’adrénaline qui sont sécrétés par les glandes surrénales. Source: Marieb, E. N., & Hoehn, K. (2019). Anatomie et physiologie humaines (6e ed. française). Pearson. visuel de ce qui se passe avec sympathique et parasympathique Chevauchement progressif des systèmes Source: Kusters, Y. H., & Barrett, E. J. (2016). Am J Physiol Endocrinol Metab, 310(6), E379-387.  Autres Thermorécepteurs; influences sur Chimiorécepteurs (CO2); le système sympathique Méchanorécepteurs: Peau; Tendons. Volume d’éjection et ses déterminants mobilisation du pouls du sang veineux en dyastole Pré-charge: Remplissage ventriculaire ou degré d’étirement des fibres musculaires avant d’entamer la systole; inspirations profondes (pour créer gradients de pression plus marqués) Contractilité: Force de contraction d’une fibre musculaire indépendante de son niveau d’étirement; Post-charge: Pression qui s’oppose à la sortie du sang des ventricules. Pré-charge Lors de l’effort physique, la pré-charge est globalement augmentée: « Pompe musculaire »; Mobilisation du « pool » de sang veineux dans l’ensemble des extrémités, particulièrement les membres inférieurs; « Pompe respiratoire »; Tachypnée et inspiration profonde; Contraction des muscles via le sympathique: Système sympathique activé ++ Effets qui supplantent la tachycardie quand on devient tachycarde, pré-charge devient moins grande  Lusitropie inverse de la contractilité Décrit la capacité de relaxation des fibres myocardiques Parfois également appelée « fonction diastolique » L’activation du système sympathique a un effet lusitropique positif Permet également une pré-charge améliorée car le remplissage des ventricules en diastole est facilité Source: Nagueh et al. JASE. (2017) Contractilité ou inotropie* Durant l’exercice physique est principalement influencée par l’apport du système sympathique; Activation des récepteurs ẞ1 par la noradrénaline et l’adrénaline; Sécrétées par les glandes surrénales; Activation d’adénylate cyclase -> AMP cyclique -> calcium L’effet net est donc positif. Source: Marieb, E. N., & Hoehn, K. (2019). Anatomie et physiologie humaines (6e ed. française). Pearson. Tension artérielle L’effet net habituel de l’exercice physique est une augmentation de la tension artérielle durant l’activité; Plusieurs déterminants: Activation des récepteurs alpha et ẞ2 sympathiques; La vasodilatation des vaisseaux de certains organes cibles; L’augmentation du débit cardiaque; Niveau d’hydratation. ΔP= 𝐷𝐶 𝑋 𝑅 Pression artérielle = débit cardiaque x résistance vasculaire Redistribution du débit cardiaque* L’augmentation du débit cardiaque à l’effort est significative et surtout, principalement dirigé vers les organes qui le nécessite le plus (muscles); Diminution marquée du flot vers les organes intra-abdominaux (via vasoconstriction sympathique). Source: Marieb, E. N., & Hoehn, K. (2019). Anatomie et physiologie humaines (6e ed. française). Pearson. Redistribution* Source: Marieb, E. N., & Hoehn, K. (2019). Anatomie et physiologie humaines (6e ed. française). Pearson. UptoDate. 2022 Régulation « locale » ou par organe* Source: Marieb, E. N., & Hoehn, K. (2019). Anatomie et physiologie humaines (6e ed. française). Pearson. Auto-régulation au niveau musculaire* La régulation intrinsèque au niveau des muscles « l’emporte » sur les mécanismes extrinsèques; Favorise un apport de sang augmenté par rapport aux autres organes durant l’effort; L’effet de vasodilatation local est médié par le monoxyde d’azote (NO). Source: Marieb, E. N., & Hoehn, K. (2019). Anatomie et physiologie humaines (6e ed. française). Pearson. Extraction cellulaire - 1 L’oxygène qui a été transporté dans le sang lors du passage dans les alvéoles pulmonaires est extrait dans les tissus périphériques via un gradient de concentration. Source: Marieb, E. N., & Hoehn, K. (2019). Anatomie et physiologie humaines (6e ed. française). Pearson. Extraction cellulaire - 2 L’extraction d’oxygène périphérique peut être pas à l’examen: 𝐸𝑥𝑡𝑟𝑎𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑂2 = 1.34 × 𝐻𝑏 × 𝑝𝑂2𝑎𝑟𝑡é𝑟𝑖𝑒𝑙𝑙𝑒 − 𝑝𝑂2𝑣𝑒𝑖𝑛𝑒𝑢𝑠𝑒 calculée; Dépendante de la Hb = concentration d’hémoglobine sanguine concentration d’hémoglobine et de la concentration artérielle et veineuse en oxygène.  c’est l’oxygène de l’hémoglobine qui est important Extraction cellulaire - 3 Source: Marieb, E. N., & Hoehn, K. (2019). Anatomie et physiologie humaines (6e ed. française). Pearson.  Extraction cellulaire - 4 Le transport de l’oxygène du sang n’est PAS linéaire; Propriété intrinsèque en lien avec l’hémoglobine; Une diminution de la pO2 dans les tissus a un effet amplifié sur la dissociation de l’Hb-O2. Source: Marieb, E. N., & Hoehn, K. (2019). Anatomie et physiologie humaines (6e ed. française). Pearson. Réponse à l’exercice* Augmentation du débit cardiaque via augmentation de la fréquence cardiaque et la contractilité; Redirection du flot sanguin vers les organes d’intérêts; Autorégulation locale favorisant l’apport sanguin et l’extraction accrue d’oxygène; Le facteur limitant habituel à la poursuite d’un effort est l’apport sanguin (débit cardiaque).  si vous avez condition qui fait diminuer volume d’ejection, quel sera l’impact sur FC? Si baisse de performance* 𝑉𝑂2 = 𝐹𝑐 𝑥 𝑉𝐸 𝑥 (1.34𝑥 𝐻𝑏 𝑥𝑆𝑎𝑂2 − 1.34𝑥 𝐻𝑏 𝑥𝑆𝑣𝑂2); « Insuffisance Insuffisance cardiaque Maladie pulmonaire Ce qui diminue la chronotrope » Maladie coronarienne (hypoxémie) consommation en Médicaments; Maladie valvulaire Anémie oxygène: Maladie du système « Shunt » Maladies musculaires de conduction ou neuromusculaires Maladies métaboliques Effets de l’entraînement Cardiovasculaire Muscles périphériques Amélioration du débit cardiaque: Amélioration de l’efficacité: Hypertrophie; Extraction et utilisation de Dilatation des cavités cardiaques. l’oxygène; Flot microvasculaire. Adaptations à l’exercice Cardiaques; Anatomique; Électrique; Musculaires: Architecture; Cellulaire. métabolisme Adaptations cardiaques Ensemble des modifications anatomiques et électrophysiologiques au niveau du cœur qui sont induites par la pratique d’activités physiques régulières; Ces changements sont induits par de multiples voies de signalisation qui ne sont pas à connaître; Les principaux déterminants de ces changements sont toutefois à connaître. Quelques définitions* Hypertrophie: Masse cardiaque augmentée, habituellement via un épaississement de la paroi du muscle cardiaque – presque exclusivement ventriculaire; SURCHARGE en PRESSION Dilatation: Augmentation de la taille de une ou plusieurs cavités intra- cardiaques; SURCHARGE en VOLUME Source: Kovacs, R., & Baggish, A. L. (2016). Trends in Cardiovascular Medicine, 26(1)  Cœur d’athlète Ensemble du remodelage cardiaque induit par la pratique d’une activité physique dédiée; Peut apparaître aussi tôt que 3 mois après le début de l’entraînement1; Habituellement réversible (~3 mois)1. Source: D’Silva, A., & Sharma, S. (2018). Echocardiography (pp. 899-920). 1. Link, M. S. (2016). Trends in Cardiovascular Medicine, 26(1), 53-54.  Influence de la discipline 1. 2. Modifiés de: 1. Kovacs, R., & Baggish, A. L. (2016). Trends in Cardiovascular Medicine, 26(1) 2. Niebauer, J., et al. (2018). European Heart Journal, 39.  débit cardiaque augmente plus durant les Influence de la discipline sports d’endurance 1309 athlètes (Italie) Modifié de: D’Silva, A., & Sharma, S. (2018). Echocardiography (pp. 899-920). Données originales de Spirito et al. (1994)  les athlètes males ont un plus de dilatation de la cavité Dilatation - influence du sexe cardiaque que les athlètes femmes Source: D’Silva, A., & Sharma, S. (2018). Echocardiography (pp. 899-920). Données originales de Pellicia et al. (1999)  Remodelage parois ventriculaire gauche Augmentation de l’épaisseur des parois de 10-20% chez les athlètes; 3500 athlètes au Royaume-Uni: 1.5% avec parois >12mm. Modifié de: Basavarajaiah, S., et al. (2008). Journal of the American College of Cardiology, 51(10), 1033-1039. black athletes ont plus d’hypotrophie que white athletes Influence de l’ethnicité et le sexe Modifié de: D’Silva, A., & Sharma, S. (2018). Echocardiography (pp. 899-920). Dans quel but?* Dilatation: Augmente la pré-charge, donc le volume télé-diastolique et le volume d’éjection; Hypertrophie: Augmente la contractilité, donc le volume d’éjection; Permet d’augmenter le débit cardiaque de façon encore plus efficace durant l’exercice physique. Modifié de : Radák, Z. (2018). The Physiology of Physical Training (pp. 81-109): Academic Press. Au repos Les athlètes bien entraînés ont un volume d’éjection plus élevé que la moyenne; Demandes métaboliques similaires à la population générale (donc un débit cardiaque similaire); Q = VE x Fc; Si le volume d’éjection augmente, la fréquence cardiaque va diminuer pour maintenir un débit cardiaque stable; Influence du parasympathique. Exemple de question Lequel de ces facteurs pourrait influencer négativement la livraison d’oxygène aux muscles périphériques durant l’exercice? A) Une transfusion sanguine; B) Un médicament qui bloque les récepteurs ẞ1; C) Une hydratation constante durant l’effort; D) Une dilatation du ventricule gauche secondaire à l’entraînement; Exemple de question Lequel de ces facteurs pourrait influencer négativement la livraison d’oxygène aux muscles périphériques durant l’exercice? A) Une transfusion sanguine; B) Un médicament qui bloque les récepteurs ẞ1; C) Une hydratation constante durant l’effort; D) Une dilatation du ventricule gauche secondaire à l’entraînement; Adaptations musculaires à l’entraînement Plusieurs adaptations musculaires vont survenir suite à l’entraînement régulier: Biogénèse mitochondriale; Développement de la microcirculation musculaire; Modification du substrat métabolique. Métabolisme musculaire* La production d’énergie (ATP) nécessaire pour la contraction musculaire est fait via trois réactions possibles: Phosphocreatine; PhosphoCreatine + ADP —> Creatine + ATP ADP + Phosphore inorganique Glycolyse; Glucose + 2 Phosphore inorganique + 2 ADP 2 Lactate + 2 H2O + 2 ATP Phosphorylation oxydative. Phosphorylation oxydative* Se déroule dans la mitochondrie; Permet de produire > 30 molécules d’ATP par molécule de glucose; Peut aussi utiliser des acides gras libres; Nette efficacité énergétique et habituellement le principal fournisseur d’énergie. Source: Systrom, David M. (2022). Exercise Physiology. UpToDate. Consulté le 07-03-2022 « Fatigue » à l’effort* Processus mixte central (système nerveux) ET périphérique; Accumulation de produits métaboliques; Déplétion d’ATP; Déplétion du glycogène; Atteinte du seuil anaérobique ou lactique; Le seuil lactique est le moment où il y a une accumulation de lactates intratissulaire puis sanguine; Dépend de la saturation du système de phosphorylation oxydative et non l’apport insuffisant d’oxygène. Source: Systrom, David M. (2022). Exercise Physiology. UpToDate. Consulté le 07-03-2022 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. Source: Kusters, Y. H., & Barrett, E. J. (2016). Am J Physiol Endocrinol Metab, 310(6), E379-387. Adaptations musculaires – 2* Augmentation de la capacité de stockage du glycogène; Optimisation de l’utilisation des acides gras libres comme source d’énergie; Augmentation de la quantité de molécules intermédiaires nécessaires au cycle de Krebs (phosphorylation oxydative); Favoriser les fibres à décharge lentes versus rapides. Transport d’oxygène Augmentation de la production des globules rouges; Amélioration de la capacité pulmonaire; Effets plus limités. Désentraînement Une perte des adaptations cardiaques et musculaires acquises après l’entraînement est inévitable s’il n’y a pas poursuite d’une activité physique minimale: Minimum d’intensité, fréquence et durée de l’entraînement pour conserver les acquis; Ce minimum n’est pas connu et est probablement différent entre les individus. Déconditionnement – cardiaque* Diminution rapide et significative des capacités aérobiques avec un alitement prolongé: 23% de diminution de débit cardiaque après 10 jours de repos au lit; Diminution du volume sanguin; « Pooling » veineux; Peu d’effets directs sur la contractilité. immobilisation pendant longtemps: sang intraveineux qui va dans sang interstitiel Source : Stuempfle, K., and D. Drury. The Physiological Consequences of Bed Rest. Journal of Exercise Physiology online (June 2007) 10(3):32-41.  Déconditionnement – musculaire (1) Atrophie musculaire qui atteint l’ensemble des muscles (périphériques et du tronc); Accentué avec la durée de l’immobilisation; Accompagne une diminution de la force musculaire. Source : Stuempfle, K., and D. Drury. The Physiological Consequences of Bed Rest. Journal of Exercise Physiology online (June 2007) 10(3):32-41. Déconditionnement - squelette Le maintien de la masse osseuse est habituellement stimulé par les forces de traction effectuée par les muscles; Perte de masse osseuse rapide (après une semaine) via une balance de résorption osseuse augmentée; Pas d’impact sur la « performance » cardiovasculaire, mais risque accru de fractures de stress ou de fragilité si chute/impact. Source : Stuempfle, K., and D. Drury. The Physiological Consequences of Bed Rest. Journal of Exercise Physiology online (June 2007) 10(3):32-41. Déconditionnement - résumé Dans la pratique courante - hospitalière: Effets significatifs dès les premiers jours de l’immobilisation; Influence de la maladie sous-jacente; Comorbidités préhospitalières; Âge.  FC va jamais s’améliorer en entrainement !!! ex: si qqch s’entraine souvent et qui a FC de 180, it cannot go above 180 Endurance solution: améliorer seuil lactique Malade Capacité de fournir un travail cardiovasculaire (ou une consommation en oxygène) sous le seuil anaérobique; Significativement altérée chez le patient malade (drastiquement si maladie cardiovasculaire). Modifié de : Radák, Z. (2018). The Physiology of Physical Training (pp. 81-109): Academic Press. Type d’entraînement* Dynamique versus isométrique; Basse versus haute-intensité; Continu versus par intervalle; Amélioration des capacités est possible seulement si atteinte du seuil anaérobique (ou juste avant). Modifié de : Radák, Z. (2018). The Physiology of Physical Training (pp. 81-109): Academic Press. Entraînement continu Entraînement entre 50-70% de la capacité maximale, pendant au moins 30 minutes; Entraîne des adaptations cardiaques et musculaires, habituellement dose-réponse. 30 mins: 1x 60 mins: 2x 90 mins: 3x Modifié de : Radák, Z. (2018). The Physiology of Physical Training (pp. 81-109): Academic Press. Intervalles aérobiques Intervalles au seuil anaérobique ou juste en-dessous, suivi de périodes de récupération modérés; Permet une variation de rythme et évite l’ennui. Modifié de : Radák, Z. (2018). The Physiology of Physical Training (pp. 81-109): Academic Press. Intervalles anaérobiques Plus grandes variations dans les vitesses; Atteinte, voire dépassement, du seuil anaérobique, mais de courte-durée; Amélioration des capacités survenant avec une durée d’entraînement plus courte; Moins d’effet sur l’adaptation cardiaque. Modifié de : Radák, Z. (2018). The Physiology of Physical Training (pp. 81-109): Academic Press. Entraînement Processus qui se doit d’être progressif pour éviter les blessures et les syndromes de surentraînement / fatigue; L’amélioration de l’endurance et de la capacité cardiovasculaire a un effet direct sur la qualité de vie perçue des patients. Modifié de : Radák, Z. (2018). The Physiology of Physical Training (pp. 81-109): Academic Press. Exemple de question Concernant le seuil anaérobique, lequel est faux? A) Il peut être augmenté avec l’entraînement continu aérobique; B) Le seuil maximalement atteignable est différent entre chaque individu car une composante génétique est présente; C) Le seuil est atteint lorsque la cellule musculaire devient hypoxique; D) Il est significativement abaissé chez les patients atteints d’une maladie cardiovasculaire. Exemple de question Concernant le seuil anaérobique, lequel est faux? A) Il peut être augmenté avec l’entraînement continu aérobique; B) Le seuil maximalement atteignable est différent entre chaque individu car une composante génétique est présente; C) Le seuil est atteint lorsque la cellule musculaire devient hypoxique; D) Il est significativement abaissé chez les patients atteints d’une maladie cardiovasculaire. Merci! Questions?