3ème partie L3- APA Adaptations cardio- vasculaires
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I – Organisation générale du système cardio-vasculaire 3ème partie L3- APA Adaptations cardiovasculaires à l’exercice principales fonctions * L’appareil cardiovasculaire (système de transport de toutes les matières essentielles) ª contribue à l’homéostasie = équilibre organisme 1) Organisation générale du système cardiovasculaire Appareil cardio-vasculaire = cœur + vaisseaux sanguins Transport : * apport 02 et nutriments à chaque cellule * élimination C02 et déchets métaboliques * transport des hormones (glandes endocrines aux organes cibles) Régulation : température et pH corporels Prévention : conservation volume liquidien normal Circulation pulmonaire Basse pression Petite circulation poumons Sché Schéma ré résumé sumé du systè système cardiovasculaire Longueur totale ~160 000km Cœur droit Circulation systémique Haute pression Grande circulation Cœur gauche Veine cave inférieure et supérieure Aorte Veines organes Artères Veinules Artérioles Capillaires Microcirculation:échanges entre sang et muscle 1 II – Adaptations cardiaques 1) Organisation générale du coeur Oreillette gauche OG OD Oreillette droite Valvule Mitrale Valvules tricuspides VG ventricule gauche VD Ventricule droit Septum interventriculaire Apex Le cœur possède un automatisme (cœur isolé perfusé continue à battre) Le cœur est innervé par le Système Nerveux Autonome Innervation cardiaque les paramètres étudiés Centres nerveux supérieurs Sympathique Parasympathique (vagal) acétylcholine acétylcholine Noyau du nerf vagal Moelle épinière Noradrénaline Nœud sinusal du coeur Bulbe rachidien acétylcholine Myocarde ªLe volume télédiastolique (VTD, mL) Volume de sang dans un ventricule à la fin de son remplissage VTD repos = 120 mL ªLa fréquence cardiaque (FC, batt.min-1) Nombre de contraction du myocarde par minute FC repos = 75 batt.min-1 ªLe volume d’éjection systolique (VES, mL) Volume de sang éjecté par un ventricule à chaque battement (contraction) du myocarde VES repos = 70 ml -1 ªle débit cardiaque (Q, . L.min ) Volume de sang éjecté par chaque ventricule en 1 minute . Q = FC x VES 2) Le débit cardiaque Le volume pompé par chaque ventricule par minute est appelé débit . cardiaque Qc, et est exprimé en l.min-1. . Qc = VES x FC ªLe volume télésystolique (VTS, mL) . l.min-1 Volume de sang dans un ventricule à la fin de son éjection VTS repos = 50 Ml . Q repos = 5,25 L.min-1 l. bpm Au repos Qc = 0.08 X 70 = 5.6 l.min-1 A l’exercice Qc = 30 à 35 l.min-1 . VES = VTD – VTS Le contrôle du débit cardiaque est un élément essentiel de l’irrigation tissulaire. 2 3) Contrôle du débit cardiaque Contrôle du VES & loi du cœur de Starling Loi de Starling: le muscle cardiaque, comme un autre muscle, augmente sa force de contraction quand il est étiré Par la post-charge = P° régnant dans l’aorte avant la systole & contre laquelle le VG va lutter (frein à l’éjection) Par la précharge (= P° dans le VG en fin de diastole) Si PA élevée, Ô Vol de sang pouvant être éjecté dans les artères OU + de sang reste dans les ventricules en fin de systole ventriculaire préalablement + volume diastolique est grand + cellules contractiles sont étirées Ò VTS & Ô VES + force de contraction de la systole suivante est grand Exemple: une augmentation d’arrivée de sang veineux au cœur (retour veineux) entraîne automatiquement une augmentation du débit cardiaque en distendant le ventricule et en augmentant le volume systolique. Par le système nerveux autonome & hormone adrénaline l’augmentation de la force de contraction indépendante d’un changement de longueur de la fibre du myocarde: contractilité Nerfs sympathiques et adrénaline ÒVES Ò vitesse de contraction Ò relaxation des ventricules Inotropisme = Augmentation de la contractilité Post-charge -négligeable au repos - augmente à l’effort -important en cas d’hypertension artérielle Résumé Principaux facteurs influençant le VES Volume systolique= VES Hormone, adrénaline, Récepteur β adrénergique Inotropisme Régulation du Débit Cardiaque 4) Adaptations cardiaques à l’exercice a) La FC Fréquence cardiaque FC: effets chronotrope Volume ventriculaire télédiastolique Loi de Starling Précharge inotropisme Ardénaline Récepteur β adrénergique Activité sympathique Acétylcholine -> Noradrénaline Récepteur β adrénergique Contractilité Postcharge Activité parasympathique Acétylcholine-> Acétylcholine Récepteur nicotinique Fréquence cardiaque Débit cardiaque = VES x FC Volume systolique= VES Volume ventriculaire télédiastolique Loi de Starling Activité sympathique + Acétylcholine -> Noradrénaline Récepteur β adrénergique 1- FC à l’exercice rectangulaire sous-maximal Accélération rapide de FC dès le début de l’exo (0.5s) Plateau … FC d’équilibre = bonne adaptation à l’effort Stimulation d’origine nerveuse et humorale Stimulation d’origine nerveuse temps Atteinte d’un plateau en 1-2min Plus l’intensité est élevée plus le plateau est long à atteindre 3 Exemples de causes de variation du SNA ) Origine des adaptations de FC à l’exercice Cœur isolé Début exercice / hypoxie :Ô [O2] & Ò [CO2] FC ~100 batt. min-1 (paroi des vaisseaux sanguins) au repos : influence parasympathique >> influence sympathique Stimulation chémorécepteurs (tonus vagal) FC repos ~75 batt. min-1 à l ’exercice : Ô influence parasympathique Ò influence sympathique SNC autonome Ò FC . Et Q = FC x VES Stress stimulation fibres sympathiques inhibition fibres parasympathiques . ÒQ . Ò FC 2- FC à l’exercice triangulaire maximal FC max = 220 – âge ÒQ ± 10% FC max = 210 – (0.65 x âge) 1/ FC augmente linéairement avec l’intensité jusqu’à FC max ± 10% 2/ La pente de la relation FC/VO2 varie avec le niveau d’entraînement Notion d’incompétence chronotropique (pathologie sous-jacente: maladie coronarienne, neuropathie…) Fréquence cardiaque FCmax Réponse inadéquate de la FCmax à l’exercice - entraîné FCmax mesurée ne correspond pas à FCmax théorique ! + entraîné vitesse 3- FC à la récupération b) VES 1- Evolution du VES selon l’intensité de l’exercice - Diminution plus rapide avec entraînement Bon témoin de l’aptitude cardio-vasculaire ! Sujet sédentaire en position debout Valeurs VESmax 120 ml H Sédentaire Repos : 50-60 ml Max : 120 ml VES - FC ne retourne pas immédiatement à sa valeur de repos : reste élevée quelques secondes après l’arrêt de l’effort H sportif 60 ml 40-60% de VO2max VO2max Repos : 80-110 ml Max : 200 ml Intensité - Attention : variation avec chaleur, altitude etc… VES max = 2 x VES repos (position debout) 4 2- Mécanismes responsables de l’augmentation de VES à exercice? Qc = VES x FC c) Le débit cardiaque à l’exercice VES = VTD - VTS Intensités < 50% de VO2max 1- Exercice rectangulaire sous-maximal Ò retour veineux (pompe musculaire & respi) Ò SNS Inotropie Ò VTD Ò Ò . VES Ò VTS Ô Intensités > 50% de VO2max Repos 20 Exercice Récupération 15 10 5 0 FC Ò = gêne du remplissage ventriculaire Ò Ò Ò SNS 25 VES Ò Qc (l.min-1) Loi de Starling Recrutement du sang des viscères (redistribution sanguine) 0 5 10 15 20 25 Temps (min) VTD Ô VES Î 500 à 700 ms au repos – 150 à 200 Ò ms Ò pour une FC de 150VTS Inotropie Ô Ôbpm Fig. Le débit cardiaque augmente rapidement pour s’adapter à l’intensité de l’exercice. 2- Exercice triangulaire maximal Qc = VES x FC Qc (l.min-1) 25 . 20 Au repos 15 Qc = 0.08 X 70 = 5.6 l.min-1 A l’exercice maximal Qc= 30 à 35 l.min-1 10 5 0 0 25 .50 75 100 Q max = Q repos X 4 (sujet sédentaire) Q max = Q repos X 8 (sujet entraîné) VO2 (%) Fig. Le débit cardiaque augmente avec l’intensité de l’exercice jusqu’à atteindre un maximum à VO2max. A faible intensité : augmentation de Qc due à augmentation de VES A intensité élevée : augmentation de Qc due à augmentation de FC d) Influence de la position du corps III – Adaptations vasculaires 1) Organisation générale du système vasculaire Debout VES max = 2 x VES repos Allongé (natation) VES max = VES repos + 20 à 40% Retour veineux facilité VES repos + élevé donc élévation à l’exercice moins importante ! 5 La circulation du sang à travers toutes les parties du corps se produit sous l’influence de pressions crées par l’action de pompage du cœur. 2) Evolution de la PA à l’exercice PA = Pression exercée par le sang sur la paroi des artères Le débit du sang se fait toujours d’une région de haute pression vers une région de basse pression. Chiffre haut PA mesurée lors de la systole ventriculaire = PA moy = PA diastolique + 0.333 (PA systolique – PA diastolique) P1 P2 Chiffre bas = PA mesurée lors de la diastole ventriculaire . PA = RPT x Q . PA = RPT x Q RPT : Résistances Périphériques Totales toutes les forces qui s’opposent à l’écoulement du sang À l’exercice triangulaire PA diastolique stable PA systolique Ò (Q Ò Ò & RPT Ô) PA systolique : de 120 mmHg à + de 200 mmHg forces de friction entre le sang et les parois des vaisseaux - PA diastolique varie peu (7-9 mmHg) À l’exercice rectangulaire prolongé prolongé PA systolique Ô légèrement Viscosité diamètre longueur Gradient de P faible 2) « Pression veineuse » à l’exercice Q Ò puis se stabilise RPT Ô Vasodilatation au niveau des territoires actifs La pompe musculaire (contraction des muscles squelettiques) P ~ 5 à 10 mmHg à la sortie des tissus / organes P proche de 0 mmHg à l’entrée du cœur le retour veineux s’oppose à la gravité Les mouvements respiratoires Différents mécanismes pour favoriser le retour veineux inspiration Ô P cage thoracique & Ò P abdomen sang remonte vers le cœur (Δ P) 6 3) Répartition des volumes sanguins (et des débits) Appareil cardiovasculaire répartir la masse sanguine en fonction des besoins des ≠ tissus & organes Repos Foie (27%) + rein (22%) … muscle (15%) Post-prandiale Ô [O2] Ò [CO2] [H+] Ò [ac. lactique] Vasodilatation des artérioles (muscles actifs) +++ Territoires digestifs Vasoconstriction au niveau des territoires inactifs SNS Chaleur +++ Peau Muscles (80%) Exercice Variation du calibre des artérioles Répartition du dé débit sanguin récepteurs adrénergiques de l’appareil vasculaire: α & β Repos : Ò activité sympathique Cerveau ~ 13% Cœur ~ 4 % Reins ~ 20 % Viscères ~ 24 % Muscles squelettiques ~ 20 % Ò [NA] & Ò [A] α β α β vasodilatation vasodilatation vasoconstriction exercice : Ò débit sanguin total Ò Débit sanguin local peau, muscles, cœur vasoconstriction (muscle lisse artériolaire non musculaire) (muscle lisse artériolaire / muscles squelettiques & cardiaques) Ô Débit sanguin local reins, viscères Débit sanguin constant: cerveau Extrait du Marieb Fréquence cardiaque 4) Baisse de volume plasmatique & dérive cardiaque Exercice rectangulaire PA Ò [métabolites]musc Ò t° interne Ò Exercice Redistribution de la masse sanguine vers la peau Volume plasmatique Ô Dérive cardiaque Plateau … FC d’équilibre Ôretour veineux temps ÔVTD Ô VES S’observe à l’exercice prolongé (+ de 45 min) Ò FC pour maintenir le débit cardiaque 7
