Adaptations cardiovasculaires à l'effort : Physiologie

12/11/2019
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Adaptations cardio-
vasculaires à l’effort
Pr Abdoulaye BA
Laboratoire de Physiologie
Faculté de Médecine – UCAD
INTRODUCTION
• Activité physique = contrainte la plus importante
qui puisse être imposée à la circulation
• Mise en jeu des muscles striés squelettiques
(MSS): tissu le plus abondant de l’organisme
(40% du poids corporel)
• Mobilisation des MSS augmentation de la
consommation d’O2 (VO2) et du rejet de CO2
(VCO2)
•Le système cardio-vasculaire, assujetti aux
besoins des MSS doit s’adapter
• La charge imposée au cœur et au système
vasculaire dépend du type d’exercice
• Les modifications vont intéresser
L’organisme en entier: VO2 globale, débits sanguins
des différents organes
Le cœur: débit cardiaque et ses composantes,
circulation coronaire
La circulation périphérique : secteur artériel
(pression artérielle et résistances hémodynamiques),
secteur veineux, secteur capillaire
Les muscles: débit sanguin musculaire, VO2
musculaire
MOYENS D’ETUDE
• Sur le terrain
• Au laboratoire: on peut utiliser
Bicyclette ergométrique
Tapis roulant
• Type exercice
L’épreuve d’effort à charge ou à puissance
croissante = progressive = triangulaire. Elle peut être
maximale ou sous-maximale selon les capacités du
sujet
L’épreuve d’effort à charge ou puissance
constante = rectangulaire.Elle permet d’apprécier
l’endurance du sujet et a un intérêt certain dans les
programmes de réhabilitation à l’effort.

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• En cas d’épreuve d’effort progressive,
plusieurs protocoles possibles
Sur bicyclette ergométrique:
30 Watts / 3min
20 W / min = montée rapide
Commencer par 50 ou plus et augmenter par 20
ou 30 W toutes les 1 à 2 min, etc.
Sur tapis roulant
Protocole de Bruce
Protocole choisi par l’opérateur et adapté au sujet
Tapis roulant Bicyclette ergométrique
• Au cours d’une épreuve d’effort, mesurer:
Fréquence cardiaque (FC)
Pression artérielle (PA)
Les échanges gazeux respiratoires: évolution
de la courbe de consommation d’oxygène
(VO2) et du rejet de CO2 (VCO2)
Les gaz du sang artériel (par capillarisation):
PaO2, PaCO2, saturation de l’hémoglobine
en O2 (SaO2), pH
Lactates, K
+
dans des prélèvements de sang
veineux:
• Surveillance ECG permanente
EPREUVE D’EFFORT
A
CHARGE CONSTANTE
• Lorsque la puissance imposée est faible,
l’exercice peut se poursuivre pendant des
heures
• L’épuisement peut être vite atteint (en quelques
minutes) à des puissances et fréquences de
pédalage élevées
• Lors d’un exercice à puissance constante
modérée (Ex: 150 W), la VO2 augmente
progressivement (phase d’installation), atteint
un état d’équilibre en 4 à 5 min chez l’adulte
sédentaire (état stable) et diminue pour revenir
à l’état basal à l’arrêt de l’effort (récupération)
Installation
Etat stable
Récupération
Evolution de la consommation d’oxygène (VO2) en fonction du temps
(fig. en bas) au cours d’un exercice à puissance constante (150 W) (Fig.
en haut)

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•Au début de l’exercice
VO2 reste pendant quelques min inférieure à sa
valeur d’équilibre: on parle de déficit d’O2 (Fig:
surface A ou zone hachurée à gauche)
La quantité d’énergie dépensée > celle fournie par le
métabolisme aérobie
•A l’arrêt de l’exercice
VO2 reste de quelques min à plusieurs heures
supérieure à sa valeur de repos: on parle de dette
d’oxygène remboursée (Fig: surface B ou zone
hachurée à droite)
Certains préfèrent le terme “ Excès de
consommation d’O2 post-exercice” (Exces Post
exercise Oxygen consumption, EPOC)
Déficit d’oxygène
VO2 de repos
Dette d’oxygène
remboursée
ou
Excès de
consommation
d’oxygène
post-exercice
VO2 (mlSTPD. min
-1
)
Temps (min)
Epreuve d’effort à charge constante: évolution de la VO2
Le débit cardiaque (DC) et la fréquence cardiaque (FC)
ont une allure évolutive presque similaire à celle de la
consommation d’oxygène (VO2)
Evolution de la VO2 en fonction du temps au cours d’une épreuve
d’effort à charge constante
EPREUVE D’EFFORT
A
CHARGE CROISSANTE
• On augmente la puissance par palier
jusqu’à l’épuisement du sujet
• La consommation d’oxygène (VO2)
augmente de façon linéaire avec la
puissance de l’exercice jusqu’au maximum
que le sujet puisse consommer appelé
VO2max. Le retour à la valeur de repos se
fait progressivement pendant la
récupération
Puissance croissante (W) Récupération
VO2max
VO2 (ml/min)
300
Evolution de la consommation d’oxygène (VO2)
au cours d’un exercice à charge croissante

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Variable
mesurée
(ml/min)
Conditions
Repos Activité maximale
(sujet sédentaire)
Qc 5000 – 6000 20000 – 25000
Q sanguin
musculaire
750 - 1000 15000 – 20000
Q coronaire 300 Repos x 4: (1200)
VO2 300 3000 - 4000
VO2 musculaire 50 2000 – 3000
VO2 coronaire 30 - 35 -
•L’athlète peut porter
son Qc à 40 l/min
sa VO2 à 6500 ml/min,
Son Q coronaire à 7 fois la valeur de repos
son Q sanguin musculaire à 25000 – 30000
ml/min
L’extraction d’O2 (CaO2 – CvO2)/CaO2
coronaire est presque maximale au repos
(75%) VO2 coronaire augmente surtout par
augmentation du débit
Adaptations centrales
(le cœur)
•Le débit cardiaque (Qc) est le produit de
la fréquence cardiaque (FC) par le volume
d’éjection systolique (VES)
Qc = FC x VES
Le débit cardiaque
Débit cardiaque (Qc en l.min
-1
) en fonction du % VO2max
La pente de la courbe est plus importante entre 0 et 25% de
la VO2max où la relation est presque linéaire
La fréquence cardiaque
• La fréquence cardiaque (FC) augmente de
façon linéaire avec l’intensité de l’exercice
(puissance)
• FC maximale (FCmax) diminue avec l’âge.
Elle est donnée par la formule d’Astrand:
FCmax = 220 – âge du sujet (en années)

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VO
2
FC
VO
2
max
VO
2
FC
VO
2
max
FCmax = 220 – âge
Puissance croissante Récupération
VO2max
La fréquence cardiaque à l’exercice croissant et à la récupération
Le volume d’éjection systolique (VES)
• VES est la différence entre volume télédiastolique
(VTD) et volume télésystolique (VES)
VES = VTD – VTS
= 120 ml – 40 ml = 80 ml en moyenne au repos
• VES augmente avec l’intensité de l’exercice
jusqu’aux environs de 50 à 60% de la VO2max puis
plafonne à partir de ce moment, le débit
cardiaque croît grâce à la seule augmentation de FC
Epreuve d’effort progressive: évolution du volume d’éjection
Systolique (VES) selon le pourcentage par rapport à la VO2max
• VES est conditionné par le volume télédiastolique
(VTD)
•Le VTD est assimilé à la précharge, pour le
ventricule et dépend
Du retour veineux
Du temps de remplissage ventriculaire
De la distensibilité ventriculaire
De la contribution auriculaire au remplissage
L’ensemble de ces facteurs contribuent à déterminer les
pressions de remplissage
Le volume d’éjection systolique (VES)
Le volume d’éjection systolique (VES)
• Facteurs augmentant le retour veineux :
Contractions des muscles qui travaillent surtout aux
membres inférieurs (compression veineuse, rôle des
valvules veineuses)
Battements artériels (artères et veines sont souvent
dans une même gaine fibreuse et l’ondée artérielle est
transmise à la veine)
Mouvements inspiratoires amples
• L’augmentation de FC réduit d’abord la diastole
donc le temps de remplissage ventriculaire et le
VTD. Les tachycardies très importantes réduisent
aussi la systole donc à la fois VTD et VES
•VES et VTS
Dépendent de la précharge = VTD (loi de Frank-
Starling)
Plus le muscle cardiaque est étiré au cours du
remplissage, plus grandes seront les forces de
contraction et la quantité de sang éjecté dans
l’artère cible (aorte ou AP)
Dépendent de la post-charge: pression dans l’aorte
ou dans l’artère pulmonaire
Du SNA: sympathique (nerfs + médullosurrénale);
Le volume d’éjection systolique (VES)