STAPS Bobigny

Biologie de
la croissance
STAPS Bobigny
Aurélien Pichon
Adapté de Corinne Caillaud (Montpellier)
1.
Introduction
Sous le contrôle de facteurs biochimiques et
hormonaux
Croissance
modifications :
longueur des segments
métaboliques
hormonales
Modulation de la capacité à s’adapter et à
produire une performance motrice
2.
Nature des processus de croissance et de maturation
La Croissance
anabolisme > catabolisme
(importance de la nutrition)
La maturation :
progression vers l’état de maturation
(maturation sexuelle, osseuse…)
Croissance et maturation conduisent à l’adulte et
s’arrêtent : les processus de vieillissement
démarrent
2.
Nature des processus de croissance et de maturation / vue d’ensemble
taille
Augmentation de taille
20
175
15
150
125
10
100
5
75
2.
Nature des processus de croissance et de maturation / vue d’ensemble
Croissance du système nerveux est très
importante pendant la vie fœtale :
A la naissance : tête = ¼ de la taille totale
Effet très négatif de certains comportements
de la mère :
alcool
Déficiences mentales
drogue
graves
cigarette
2.
Nature des processus de croissance et de maturation / vue d’ensemble
Les différents tissus et organes ont leur
propre rythme de croissance
Principales modifications de l’organisme / composition corporelle
% de gras
30
25
20
%
3.
15
10
Filles
5
Garçons
0
0
0.5
1
2
4
6
8
age
10
12
14
16
18
20
3.
Principales modifications de l’organisme
Croissance des os
sous l’action des
chrondrocytes
3.
Principales modifications de l’organisme / maturation du squelette / ossification endochondrale
P
R
E
N
A
T
A
L
3.
Principales modifications de l’organisme / maturation du squelette / ossification endochondrale
P
R
E
N
A
T
A
L
Points
d’ossification
primaires du
squelette
(12 sem)
3.
Principales modifications de l’organisme / maturation du squelette / ossification endochondrale
P
O
S
T
N
A
T
A
L
3.
Principales modifications de l’organisme / maturation du squelette / ossification endochondrale
Os
spongieux
Os compact
périoste
vaisseaux
sanguins
3.
Principales modifications de l’organisme / maturation du squelette
3.
Principales modifications de l’organisme / maturation du squelette
Cartilage de
conjugaison
3.
Principales modifications de l’organisme / maturation du squelette / calcification
3.3.5 La régulation de la croissance osseuse
calcitonine
[Ca++] sanguine :
9-11 mg/100ml
2.27- 2.74 mmol/L
La calcitonine stimule de
dépôt de sels de calcium
sur les os
thyroïde
Ca++
dans le
sang
Ca++
dans le
sang
thyroïde
Les ostéoclastes dégradent
la matrice, libèrent le Ca++
dans le sang
Parathyroïde
PTH
La parathyroïde
libère la
parathormone
3.
Principales modifications de l’organisme / maturation du squelette / calcification
3.3.5 La régulation de la croissance osseuse
3.
Principales modifications de l’organisme
3.4 croissance et maturation neuro-musculaire
N
A
I
S
S
A
N
C
E
Modifications affectant :
la transmission neuro-musculaire
le volume musculaire
la distribution des fibres + contractilité
réserves énergétiques + métabolisme
A
D
U
L
T
E
3.
Principales modifications de l’organisme / maturation neuro-musculaire
Jonction
neuromusculaire
Principales modifications de l’organisme le volume musculaire
diamètre des fibres (mm)
micron
3.
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0
5
10
âge (années)
15
20
Principales modifications de l’organisme / distribution des fibres
% de fibres de type I dans le quadriceps en fonction
de l’âge (comparable chez F et G)
80
60
%
3.
40
20
0
0
2
4
âge (années)
6
8
Principales modifications de l’organisme / le métabolisme
Exemple :
répétition de sprints de 20 sec
enfants (~11,5 ans) ou adultes (~ 18 ans)
récupération entre courses : 1 min
mesure de la lactatémie (post-exercice)
lactatémie (mmol/L)
3.
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
enfants
adultes
repos
Dupont et al.
Sciences et
sport 15:147,
2000
S2
S4
S6
récup (20')
Principales modifications de l’organisme
3.8 le système cardio-respiratoire
Volume cardiaque (mL)
3.
Postpubertaire
1000
Pubertaire
Prépubertaire
600
200
1.4
2.2
O2MAX (L/min)
3.0
3.8
3.
Principales modifications de l’organisme / cardio-respiratoire / le coeur
c (l/min)= Fc (b/min) x VES (l)
âge
naissance
1 an
6 ans
10 ans
18 ans
Fc (b/min) VES (ml)
c (l/min)
140
100
80
70
3à4
0,5
40
2,8 à 3
70 (F)
60 (G)
50 (F)
60 (G)
3,5 à 4
fc et VES différents entre F et G à partir de la
puberté
3.
Principales modifications de l’organisme / cardio-respiratoire / le sang
3.8.2 Le sang
Le volume sanguin :
Naissance : ~ 0,4 L
18 ans : ~ 5 L chez G et 4,5 L chez F
Les globules rouges millions / µl de sang
Naissance
4à5
3 mois
~3
2 ans
~4
Adulte
4,6 (F) et 5,5 (G)
Diminution : maturation hormonale incomplète (EPO)
3.
Principales modifications de l’organisme / cardio-respiratoire / le coeur
L’hémoglobine (Hb)
Naissance (forme particulière)
3/6 mois
adulte
g/100 ml de sang
20
10
16 (G) 14 (F)
Différence F/G :
~ 100 g d’Hb totale (important)
Cycle menstruel chez F
Moins de testostérone (libération de l’EPO
moins stimulée)
3.
Principales modifications de l’organisme / cardio-respiratoire / le coeur
4.
Bases hormonales de la croissance et de la maturation
hypothalamus
hypophyse
Thyroïde
parathyroïde
Pancréas
ovaires
testicules
4.
Bases hormonales de la croissance et de la maturation
testicules
4.
Bases hormonales de la croissance et de la maturation
4.1 L’hormone de croissance (GH)
hypothalamus
Adénohypophyse
somatostatine
somatocritine
-
+
Hormone de croissance
(Hormone peptidique)
+
Action directe sur la
croissance des tissus:
Os, muscle, etc…
+ Foie
Os, muscle
Somatomedine C (IGF-1)
4.
Bases hormonales de la croissance et de la maturation : l’hormone de croissance
GH
Récepteur à la GH
Cellules musculaires
IGF-1
Synthèse protéique (ARNm)
masse musculaire
métabolisme des lipides
glycognénolyse
Catabolisme protéique
4.
Bases hormonales de la croissance et de la maturation : l’hormone de croissance
GH
Cartilage de croissance
multiplication + maturation des chondroblastes
croissance du cartilage
synthèse de IGF-1
+ hormones sexuelles (stéroïdes) vont induire
l’ossification des cartilages de conjugaison
4.
Bases hormonales de la croissance et de la maturation : l’hormone de croissance
Acromégalie :
4.
Bases hormonales de la croissance et de la maturation : l’hormone de croissance
GH : libération pulsatile par l’adénohypophyse
4.
Bases hormonales de la croissance et de la maturation : l’hormone de croissance
Acromégalie :
4.2 Les hormones sexuelles
hypothalamus
Gonadolibérine
+
Adénohypophyse
FSH
LH
+
gonades
Développement des
cellules germinales
ovules
spermatozoïdes
+
gonades
Production hormonale
Testostérone (testicules)
Progestérone +
œstrogène (ovaires)
4.2 Les hormones sexuelles
4.
Bases hormonales de la croissance et de la maturation : hormones thyroïdiennes
4.3 hormones thyroïdiennes
hypothalamus
Thyrotropine releasing hormone
+
Adénohypophyse
thyroïde
Libération de :
Thyroxine (T4)
thyrotropine
+
Tissus
triiodothyronine (T3)
6. Aptitude physique aérobie et croissance
6.1 Méthodes d’évaluation
Puissance aérobie : O2max, PMA
Capacité aérobie : temps limite à 70% de O2max
O2max : débit maximal d'O2 consommé par unité
de temps
O2max =
cmax x Dmax(a – v)O2 avec
Apport en O2
c = ES x fc
Utilisation d’O2
5.
Aptitude physique aérobie et croissance
Mesure directe en laboratoire
bicyclette ou tapis roulant (marche)
intensité croissante
régulière de la charge (10 W/min)
Difficile d’obtenir un pédalage régulier
Tapis : problème de motricité
Mesure indirecte sur le terrain
test de « Montréal »
test navette
Adaptation des
normes ≠ adultes
Aptitude physique aérobie et croissance
6.2 Evolution au cours de la croissance
filles
garçons
3.5
•
VO2 en l/min
= l.min-1
VO2max (l/min)
5.
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
6
8 10 12 14 16 18 20
âge (année)
Aptitude physique aérobie et croissance : évolution de O2max
filles
garçons
3.5
O2 en l/min
= l.min-1
VO2max (l/min)
5.
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
6
8 10 12 14 16 18 20
âge (année)
5.
Aptitude physique aérobie et croissance : évolution de O2max
de O2max est principalement expliquée par
des dimensions corporelles
O2max :
ml/kg/min
ml.kg-1.min-1
F ≅ 40 ml.kg-1.min-1
G ≅ 50 ml.kg-1.min-1
VO2max (ml/kg/min)
60
filles
garçons
55
50
45
40
35
30
6
8
10 12 14 16 18 20
âge (année)
5.
Aptitude physique aérobie et croissance : évolution de O2max
Synthèse
Exprimée en l.min-1, la O2max :
de l’enfance à l’âge adulte
≅ chez F et G jusqu’à ≅12 ans
après la puberté :
+ rapide chez G
5.
Aptitude physique aérobie et croissance : évolution de O2max
Synthèse
Exprimée en ml.kg-1.min-1, la O2max :
≅ chez les garçons de l’enfance à l’âge adulte
chez F à la puberté
Différence qui s’explique par :
masse grasse à la puberté chez les F
+ importante de la masse musculaire chez G
moins de GR et Hb chez F
5.
Aptitude physique aérobie et croissance : évolution de O2max
O2max normalisée par masse musculaire :
stable chez F et G
plus de diminution chez les F à la puberté
Compatible avec les données métaboliques:
type de fibres
activité enzymatique
Remarque :
dès 20-30 ans : O2max
chute de 10% par décennie
à 80 ans : O2max ≅ 18 ml.kg-1.min-1
Aptitude physique aérobie et croissance : réponse cardiovasculaire
6.3 La réponse cardio-vasculaire au cours
de la croissance
O2 =
Débit cardiaque (l/min)
5.
20
18
16
14
12
10
8
6
4
c x D (a – v)O2
homme
garçon
0
1
2
VO2 (l/min)
3
5.
Aptitude physique aérobie et croissance : réponse cardiovasculaire
Index cardiaque l.min-1.m-2
12
10
adultes
enfants
8
6
4
2
0
repos
submax1
submax2
max
Aptitude physique aérobie et croissance : réponse cardiovasculaire
120
210
110
homme
100
garçon
fréquence cardiaque
(bpm)
VES (ml/bat)
5.
homme
170
90
garçon
130
80
70
60
90
50
50
0
1
2
VO2 (l/min)
3
0
1
2
VO2 (l/min)
3
La fcmax enfants + adolescents ~ 195 à 215 bpm.
Elle jusqu'
à l'
âge adulte de 0,7-0,8 bpm par an.
Fcmax = 210 - 2/3 âge
5.
Aptitude physique aérobie et croissance : réponse cardiovasculaire
En effet :
pour une O2 de 1 L.min-1 :
Enfant D(CaO2-CvO2) = 11 ml pour 100 ml de sang
Adulte D(CaO2-CvO2) = 8,5 ml pour 100 ml de sang
D(a-v)O2 ml/100ml
16
homme
14
garçon
12
10
8
0
1
2
VO2 (l/min)
3
6.
Aptitude physique aérobie et croissance
6.4 Réponse ventilatoire à l'exercice au cours
de la croissance
100
V E (L /m in )
80
60
40
20
0
Ventilation max ( Emax):
0
-1
50 L.min à 8 ans
70 L.min-1 à 13 ans
90 L.min-1 à 15 ans
120 à 170 L.min-1 chez l'
adulte
500
1000
1500
VO2 (ml/min)
2000
2500
F
F
Males
Females
VT
VT
33
70
70
2.5
2.5
65
65
22
60
60
1.5
1.5
55
55
11
50
50
45
45
0.5
0.5
40
40
00
44-6
-6
77-8
-8
99-10
-10
11
-12
11-12
Age
13
-14
13-14
((yr)
yr)
15
-16
15-16
17
-18
17-18
BTPS)
((liters,
liters, BTPS)
Males
Females
75
75
Tidal Volume
(bpm)
(bpm)
Aptitude physique aérobie et croissance :Réponse ventilatoire
Breathing Frequency
6.
6.
Aptitude physique aérobie et croissance
6.5 Les facteurs limitants de la O2max au cours
de la croissance
Les facteurs limitants de la O2max au niveau :
soit du transport de l'
O2 (respiratoire, cardiaque)
soit de l'
utilisation de l'
O2 (muscle)
RESPIRATOIRE :
Emax exo < Emax théorique -------> NON
VMM > 200 L.min-1
Aptitude physique aérobie et croissance : facteurs limitants
CARDIO-VASCULAIRE :
VES a atteint un plateau bien avant O2max,
La taille du cœur limite VES
et fcmax diminue au cours de la croissance
85
80
VES (ml/bat)
6.
75
garçon
70
A tous les âges, le cœur
est un facteur limitant
majeur.
65
60
55
50
0.5
1.5
VO2 (l/min)
2.5
6.
Aptitude physique aérobie et croissance
6.6 Adaptation à l’exercice rectangulaire
Intensité constante
11 ans
21 ans
3
5
O2
PMA
repos
1
2
Début de l’exercice
4
6
Temps min.
6.
Aptitude physique aérobie et croissance exercice rectangulaire
Déficit en O2 plus faible chez les enfants
Meilleur participation aérobie (fibres I, enzymes ox.)
Lactatémie plus faible
7.
Effet de l’entraînement sur l’aptitude aérobie
EXEMPLE 1
13 semaines d ’entraînement , filles et garçons
pré-pubères
Intensité > 80% de fc max
3 fois par semaine
-1
-1
max
(mL.kg
.min
)
O
60 à 75 min
2
filles
garçons
avant
38
47
après
42
49
Gain plutôt faible
(<adulte pour même entraînement)
%
amélioration
5%
9%
7.
Effet de l’entraînement sur l’aptitude aérobie
EXEMPLE 2
Etude dans le cadre scolaire
garçons et filles de 11 à 13 ans
30 min à 70% de O2max
O2max avant et après l ’entraînement
6%
mais pour 31% des élèves :
O2max < 3%
Pas de différence entre garçons et filles
Effet de l’entraînement sur l’aptitude aérobie
Qu’en est-il des
enfants/ado qui
s’entraînent de
façon intense ?
VO2max (ml/kg/min)
7.
70
65
7hr/sem
60
14 h/sem
55
50
45
40
10
11
12
13
âge
Nageurs (10 à 16 ans) : O2max plus élevée
que chez sédentaires
Nageurs 14h/sem : augmentation la plus
marquée mais surtout à partir de 13/14 ans
14
7.
Effet de l’entraînement sur l’aptitude aérobie
Comment se fait l ’augmentation de O2max?
Théoriquement :
c
D(CaO2 – CvO2)
Garçons, de 13 ans
cyclistes : entraînement depuis 2 ans,
deux à trois par semaines, pendant 1h30 à 2hr
comparés à des non sportifs
O2max (mL.kg.-1.min-1)
VES index (ml/m2)
Repos
Max
Cyclistes
60 ± 6
Contrôles
47 ± 6
59 ± 6
76 ± 6
44 ± 9
60 ± 11
8.
Sédentarité et santé
8. Sédentarité et santé
1ères études chez l’enfant :
O2max = 50 mL.kg-1.min-1
actuellement : plutôt 40 à 45 mL.kg-1.min-1
Modification du mode de vie et sédentarité
8.
Sédentarité et santé
Pas d’activité physique:
• Rien à part marche lente
Activité régulière, soutenue:
• 5 j/semaine ou +
• 30 min ou + de marche
rapide ou bicyclette
Activité régulière, vigoureuse:
• 3j/semaine ou + de course,
natation ou vélo (intensité audessus du seuil ventilatoire
8.
Sédentarité et santé
Recommandations de l’American Heart Association :
• Au dessus de 2 ans : 30 minutes minimum d ’activités
de divertissement d’intensité modéré chaque jours.
• 30 minutes minimum d ’activité physique vigoureuse 3-4
jours par semaine pour une bonne forme cardiovasculaire
• Si 30 minutes d’activité ne sont pas possibles, multiplier
les mini sessions d’exercice vigoureux au cours de la
journée en fonction de l’age, du sexe et du niveau de
développement psycho-moteur.
9.
Le seuil lactique
9. Le seuil lactique
• Évolution de la lactatémie :
bilan entre production et
élimination
• Seuil est plus tardif chez
l’enfant :
• 65% à 10 ans
• 58% à 15 ans
• cohérent avec un métabolisme aérobie performant
• maturation tardive du métabolisme anaérobie
10. L’aptitude anaérobie
10.2 Évolution au cours de la croissance
750
garçons
Puissance anaérobie
au cours de la croissance
filles
650
puissance (watts)
550
450
Taille et de la
masse musculaire
350
250
150
10
12
14
16
18
20
30
40
âge (ans)
Pmax atteinte vers 25 ans
Différence F/G à la
puberté
10. L’aptitude anaérobie
puissance (watts/kg)
10
Normalisée par le poids,
la Pmax anaérobie
toujours
8
6
Différent de O2max
4
2
10
12
14
16
18
âge (ans)
20
30
40
Un autre facteur
intervient
10. L’aptitude anaérobie
Puissance max
Temps pour atteindre Pmaw
Vélocité optimale
Puissance max
en fonction
de l’âge
Se stabilise à
la puberté
10. L’aptitude anaérobie
Puissance max
Temps pour atteindre Pmaw
Vélocité optimale
Temps pour
atteindre Pmaw
En fonction
de l’âge
Se stabilise
à la puberté
Amélioration des caractéristiques contractiles musculaires
10. L’aptitude anaérobie
Puissance max
Temps pour atteindre Pmaw
Vélocité optimale
Vélocité optimale
en fonction
de l’âge
Se stabilise à
la puberté
Amélioration des caractéristiques contractiles musculaires
10. L’aptitude anaérobie
80
80
(mg%)
(mg%)
Max. Lactate
Lactate
Concent. Max.
Concent.
100
100
60
60
40
40
20
20
00
00
10
10
20
20
Age
ées)
Age (ann
(années)
30
30
40
40
10. L’aptitude anaérobie
Test de wingate chez des
enfant de 6-7 ans nés avec
un poids:
Normal (>2500 g)
Faible (1000-1499 g)
Très faible (500-999 g)
Poids très faible :
la maturation n’est
jamais rattrapée
Poids très Poids
faible
faible
Poids
normal
10. L’aptitude anaérobie
Effet de l ’entraînement
• 9 semaines d ’entraînement
de 10% de la puissance moyenne
du pic de puissance
Wingate
• Athlètes 13-14 ans (anaérobie)
garçon
fille
Puissance pic
Puissance moyenne
P uis.P ic
694 (400)
442
P uis.m oy
548 (350)
307
normalisées par poids total ou poids
maigre sont plus élevés chez garçon
10. La force
11. La force
force main
60
garçon
50
Evaluation dans :
anomalies musculaires
reprise d ’entraînement
post-blessure
entraînement
fille
kg
40
30
20
10
0
2
4
6
8
10 12 14 16 18
âge
10. La force
Les différences sont encore plus visibles quand on
exprime la force des filles en % de celle des
garçons
force fille/force garçon en %
100
90
%
80
70
60
50
1
2
3
4
5
6
7
âge
8
9 10 11 12
10. La force
Augmentation du diamètre des fibres musculaires
Aherne et al. 1971
Bowden et al. 1960
11. La force : effets de l’entraînement
Testosté
Testostérone
100 %
potentiel adulte
Masse maigre
Force
Développement
systè
système nerveux
Diffé
Différenciation
fibres musculaires
Développement initial
de la force par
l ’amélioration technique
Consolidation
de la force
Potentiel
optimal
D
’après Kraemer
D’après
Kraemer et
et Flleck
Flleck
(1993)
(1993)
L’aptitude physique
(% valeur
valeur adulte)
adulte)
(%
-1
Potentiel énergétique
énergétique max.kg-1
9.
Ana
érobie
Anaérobie
A
érobie
Aérobie
110
110
100
100
90
90
10
10
12
12
14
14
16
16
Age
ées)
(ann
Age (anné
(années)
Hommes
Femmes
D
après Bar
-Or (1983)
D ’’après
Bar-Or
(1983)