Physiologie CM n

Physiologie CM n°5
Le 03.10.06
MODFICATIONS CARDIOVASCULAIRES
A L’EXERCICE
Le transport de l’O2 de l’air ambiante jusqu’aux muscles actifs se fait en 4 étapes :
- 1ère étape : la ventilation :
Son but est d’apporter de l’O2 de l’air ambiante aux alvéoles pulmonaires.
- 2ème étape : la diffusion alvéolo – capillaire :
C’est le passage de l’O2 des alvéoles pulmonaires jusqu’au sang. C’est au cours de cette étape
que l’on recharge l’hémoglobine en O2.
- 3ème étape : transport par le sang :
Dépend de la fonction cardiaque, véhicule le sang jusqu’aux musces actifs.
- 4ème étape : diffusion tissulaire :
C’est le passage de l’O2 des vaisseaux aux cellules (les muscles actifs) = circulation
systémique.
CO2
O2
CO2
O2
Cœur
droit
Transpor
t par le
sang
Cœur
gauche
O2
CO2
O2
CO2
.
Ventilation
I-
Diffusion
tissulaire
LA CONSOMMMATION MAXIMALE EN O2
.
VO2max = Q x C(a-v) O2
1
C’est l’équation de FICK. → Débit cardiaque multiplié par la différence artério veineuse en
O2.
VO2max est exprimé en litre d’O2 consommé par minute.
On la ramène au poids du corps, ce qu’il fait qu’on le divise par le poids du corps = lm/min
kg.
La capacité maximale en O2 correspond à la capacité aérobie d’un individu en O2. Plus cette
valeur est élevée, plus la capacité de l’individu est élevée.
VO2max peut être mesuré en laboratoire (mesure précise) et sur le terrain (mesure pas
précise).
En laboratoire on utilise :
- le tapis pour les sportifs de sport collectif
- VO2max bras pour ceux qui font du kayac
- VO2max sur ergociste pour les cyclistes.
L’individu est équipé d’un masque qui sert a analyser la quantité d’O2 inspiré et expiré
(différence entre les 2).
On va également mesurer son débit cardiaque ventilatoire. Le cardio fréquence mètre va
permettre de déterminer la fréquence cardiaque maximale théorique qui correspond à 220-âge.
La fréquence cardiaque théorique représente un critère d’atteinte de la VO2max.
Le quotient respiratoire (QR)= (VCO2)/ (VO2) lorsqu’il est supérieur à 1.1 représente
également un critère d’atteinte de VO2amx.
L’augmentation de la vitesse ou puissance et pas de modification de la consommation en O2
est aussi un critère d’atteinte en >VO2max.
VO2
5
250
FC
4,5
200
3,5
3
150
2,5
2
FC (bpm)
VO 2 (L.min -1 )
4
100
1,5
1
50
0,5
0
0
22
22
21
20
20
19
18
17
16
16
16
14
14
14
12
12
12
8
11
0
0
0
Vitesse (Km.h-1)
On observe sur la courbe une augmentation de la fréquence cardiaque en fonction de la
vitesse.
VO2max = vitesse à VO2max, c’est la plus petite vitesse atteinte à VO2max. Il sert a gérer
l’entraînement des athlètes.
2
VO2max
Vitesse (km/h)
VMA ou PMA
Puissance (Watts)
VMA = valeur de la conso mac en O2.
Chez un sujet sédentaire homme ~ 45ml/min/kg.
Chez un sujet sédentaire femme = 38 ml/min/kg.
Un coureur de demi fond homme = environ 80ml/min/kg.
Un coureur de demi fond femme = environ 58ml/min/kg.
Ceux qui ont la VO2max la plus élevée sont les pratiquants du ski de fond.
On peut approcher la valeur en VO2max par plusieurs tests :
- test navette : 20mêtre
- test de cooper : 12mins.
VO2max (ml/min/kg) = (distance parcourue en mètre – 504.9) / 44.73.
VO2max (ml/min/kg)= 0.022 * (distance en mètres – 10.39)
VO2max = 22.351 * D – 11.288.
II-
TRANSPORT DE L’O2 PAR LE SANG
C’est la 3ème étape des 4 étapes. Cette étape dépend de 2 facteurs :
- le débit cardiaque
- le contenu artériel en O2.
3
Transport de l’oxygène par le sang
.
TO
2
.
= Q X CaO2
.
Q= Fc X VES
CaO2= (PaO2 x 0.03) + ((Hb) x 1.34 x Sao2)
O2 dissous
O2 lié à Hb
Le contenu sous la formule de CaO2 est exprimé en ml d’O2/ L de sang.
PaO2= pression artérielle en O2
0.03 = coefficient de solubilité de l’O2 dans le plasma.
Cet ensemble = O2 dissous.
(Hb)= concentration en Hb exprimé ici en g/L de sang.
Valeur normal pour l’homme = environ 140g/L de sang.
Valeur normal pour la femme = environ 130g-L de sang.
1.34 = quantité d’O2 en ml que peut lier 1g d’Hb.
SaO2 = saturation artérielle en O2 = % d’Hb lié à l’O2.
Cet ensemble = l’O2 lié à l’Hb.
C’est cette partie là qui est la forme majeure de transport.
1) Le débit cardiaque.
Le débit cardiaque au repos est d’environ 5l/min. il atteindra une valeur comprise entre 15 et
20 L/min chez un individu sédentaire à l’exercice maximal.
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Sur la diapo : cardiaque output :
Il augmente proportionnellement à l’augmentation de l’intensité de l’exercice.
→ Relation Vo2 = débit.
Cette augmentation est du a une hausse simultanée du volume d’éjection systolique et de la
fréquence cardiaque.
La FC = heart raie
VES = strok volum.
Le VES a 2 phases à distinguer :
- augmentation du VES, augmentation net au début de l’exercice qui atteindre sa valeur
max quand on sera environ à 40% de VO2max.au delà de cette intensité, le VES n’est
plus modifié. On arrivera à une phase de plateau.
- Au-delà de 40% de VO2max l’augmentation du débit cardiaque est uniquement du à la
hausse de la fréquence cardiaque.
Au repos environ 20% du débit cardiaque est envoyé aux muscles
A l’exercice maximal environ 80% du débit cardiaque est envoyé aux muscles.
Modification du débit cardiaque au cours d’un exercice cours constant et de forte intensité.
Le débit cardiaque augmente rapidement puis demeure constant. La cinétique de la FC et du
VES est identique, soit une augmentation, et l’atteinte d’un plateau. Très rapidement après
l’arrêt de l’exercice on retrouve des valeurs de bases du débit cardiaque, de la FC et du VES.
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Evolution du débit cardiaque au cours d’un exercice prolongé d’intensité importante.
Au cours de cet exercice d’un peut plus d’1h30 le débit cardiaque est constant par contre il y a
de grande modification au niveau du VES et FC.
Au cours du temps, le VES diminue alors que la fréquence cardiaque augmente.
Au cours de ce type d’exercice c’est l’augmentation de la fréquence cardiaque qui permet de
maintenir le débit cardiaque.
Quand on fait un exercice prolongé on produit de la chaleur qui doit être évacué. L’un des
moyens de refroidir l’organisme c’est la sudation évaporation.
Cette augmentation du débit sudoral au cours d’un exercice prolongé entraîne des pertes
hydrique qui induit une diminution du volume plasmique d’où une légère diminution du
volume sanguin total responsable de la baisse du VES.
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a) la fréquence cardiaque :
Elle est déterminée par la fréquence de dépolarisation des cellules nodales. Ces cellules
nodales sont sous contrôle du système nerveux autonome, le système nerveux sympathique et
parasympathique.
Les cellules nodales sont situées dans le nœud sinusal, lui-même situé dans l’oreillette droite.
Ces cellules ne se contractent pas mais initie un potentiel d’action (message électrique). Le
PA est transmis des cellules nodales aux cellules contractiles et ces dernières se transmettent
ce PA grâce aux jonctions ouvertes.
Au repos la FC est essentiellement sous contrôle du système nerveux parasympathique, on dit
qu’il est chronotrope négatif car il baisse la FC, et libère de l’acétylcholine qui agit sur des
récepteurs appelés récepteurs cholinergiques ou muscariniques.
Lorsque que le système nerveux parasympathique est activé on observe une sortie d’ions
potassium (K+) de la cellule nodale si bien que le potentiel de membrane de cette cellule
s’éloigne du seuil d’excitation. D’où une diminution de la FC.
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Le rôle du système nerveux sympathique est d’augmenter la FC. Quand il est activé on dit
qu’il est chronotrope positif. Au niveau des cellules nodales il augmente la FC. Il agit aussi au
niveau du faisceau de His et du nœud auriculo ventriculaire.
Il a la possibilité d’augmenter la vitesse de propagation du PA, on dit qu’il est alors
dromotrope positif. Les neurotransmetteurs sont l’adrénaline et la noradrénaline, ils agissent
sur les récepteurs B adrénergiques. Les neurotransmetteurs sont sécrétés par la médulo –
surrénale.
Lorsque le système nerveux sympathique est activé la noradrénaline (Nad) l’adrénaline
favorisent l’entré des ions sodium (Na+) et calcium (Ca²+) dans la cellule nodale, si bien que
le potentiel de membrane se rapproche du seuil d’excitation favorisant alors la création du
nombre de PA.
•
•
Sympathique NAd and Ad stimulent ouverture des
canaux Na+/Ca2+.– Hausse Fc car  entrée Ca++
Parasympathique Ach provoque l’ouverture des
canaux K+, baisse Fc car  sortie K+ &  entrée Ca++
Les centres de régulations de la fonction cardiaque se situe dans le tronc cérébral et plus
précisément dans le bulbe rachidien.
Il existe plusieurs types de récepteurs :
- hypothalamus
- mécanorécepteurs
- récepteurs de l’oreillettes droites = sensibles à l’étirement
- chémocepteurs
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Tronc
cérébral
Les mécanorécepteurs :
Ils sont activés au cours d’un exercice. On les trouve au niveau des os et des muscles
également au niveau des poumons. Ils sont sensibles à l’étirement et envoi des messages
afférents jusqu’au bulbe rachidien. En réaction à l’étirement le système nerveux sympathique
est activé et le système nerveux parasympathique est inhibé conduisant alors à une
augmentation de la FC.
Mécanorécepteurs
chémorécepteur
s
métabolism
e
Hypothalamus
Récepteurs
OD
TRONC CEREBRAL
+
SN sympathique
SN parasympathique
Fréquence cardiaque
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Les chémocepteurs :
Périphériques sont situés au niveau de la crosse de l’aorte et de l’artère carotide. Ils sont
sensibles à des variations chimiques du milieu qui conserne la pression en O2, en CO2 et
enfin les variations d’ions H+ (Ph).
A l’exercice, on observe une augmentation de la pression en CO2 détectée par les
chémocepteurs périphériques qui informent alors le bulbe rachidien, lequel, en réponse, active
le système nerveux sympathique et inhibe le système nerveux parasympathique, on observe
alors une augmentation de la FC.
Hypothalamus :
Il régule la température centrale.
Lorsque la température centrale augmente au cours de l’exercice, l’hypothalamus informe les
centres cardiaque situés dans le bulbe rachidien, lesquels induisent en activation le système
nerveux sympathique et inhibent le système nerveux parasympathique → augmentation de la
FC.
La FC augmente avec l’intensité de l’exercice.
Fcmax ~ 220 - âge
180
Heart
Rate
16
14
100
1.0 2.0 3.0
Oxygen Uptake (L / min)
50
150 250
Workloads (Watts)
10
Activité nerveuse
Parasympathique
Sympathique
Intensité exercice
Repos
Lorsque l’on augmente la FC, on augmente la consommation en O2 du myocarde.
2) Le volume d’éjection systolique (VES).
Le VES est la quantité de sang qui est éjecté à chaque battement.
VES: volume d’éjection systolique (ml/bts)
VES = VTD - VTS
Précharge
Contractilité
Postcharge
VES au repos chez un sujet sain et sédentaire = 70ml / bts.
 Précharge :
Correspond au retour veineux qui va influencer directement le VTD. Ce retour veineux est
influencé par le volume de sang qui va dépendre en partie de la fonction rénale, la respiration
(pompe respiratoire) et la pression dans les veines qui dépend elle de la pompe musculaire et
du système nerveux parasympathique car vasoconstriction.
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Retour veineux
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