Systme respiratoire - Université de Neuchâtel
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Système respiratoire 1. ANATOMIE Anatomie: Nez • • • • • Zone de conduction de l ’air Humidifie et réchauffe l ’air Filtre l ’air Contient les récepteurs olfactifs Sert de caisse de résonance à la voix Anatomie: Pharynx • Relie les cavités nasales et la bouche au larynx et à l ’œsophage • 3 zones: – – – Nasopharynx Oropharynx laryngopharynx • Fournit un passage à l ’air • Aiguille l ’air vers la trachée et les aliments vers l ’œsophage • Phonation à l ’aide des cordes vocales Dr Michel Hunkeler Av.Gare1 2000 Neuchâtel cours d’anatomie/physiologie CEP Université de Neuchâtel 2004-2005 1 Anatomie: Trachée • Mesure 10-12 cm • 2,5 cm de diamètre Anatomie: Arbre bronchique • • • • • • • La trachée donne naissance à 2 bronches souches (droite et gauche) Bronches lobaires Bronches segmentaires Bronchioles Bronchioles terminales Bronchioles respiratoires Alvéoles Alvéoles pulmonaires Anatomie: Poumon • • • • Poumon gauche divisé en 2 lobes Poumon droit divisé en 3 lobes Chaque lobe est subdivisé en segments (bronche, artère, veine propre) Les poumons contiennent 300-750 millions d ’alvéoles qui correspondent à une surface de 200 m2 Dr Michel Hunkeler Av.Gare1 2000 Neuchâtel cours d’anatomie/physiologie CEP Université de Neuchâtel 2004-2005 2 Anatomie: Plèvres • Plèvre pariétale • Plèvre viscérale • La plèvre produit le liquide pleural qui sert de lubrifiant entre les 2 plèvres. 2. Mécanique de la respiration • 2 phases: – inspiration – expiration • Les pressions respiratoires sont exprimées par rapport à la pression atmosphérique (environ 760 mmHg) • Pression intra-alvéolaire: pression à l ’intérieur des alvéoles, varie avec les phases respiratoires • La respiration s ’effectue par des variations de volume de la cavité thoracique • Ces variations de volume provoquent des variations de pression qui vont entraîner l ’écoulement des gaz • Les gaz équilibrent la pression • Loi de Boyle et Mariotte: à température constante la pression d ’un gaz est inversement proportionnelle à son volume Dr Michel Hunkeler Av.Gare1 2000 Neuchâtel cours d’anatomie/physiologie CEP Université de Neuchâtel 2004-2005 3 Inspiration • Diminution de la pression intra-alvéolaire qui permet l ’entrée de l ’air dans les poumons • La pression est diminuée par augmentation du volume thoracique: – Diaphragme: se contracte et s ’abaisse – Muscles intercostaux: leurs contractions élèvent la cage thoracique et poussent le sternum vers l ’avant • Une inspiration normale représente environ 500 ml d ’air Dr Michel Hunkeler Av.Gare1 2000 Neuchâtel cours d’anatomie/physiologie CEP Université de Neuchâtel 2004-2005 4 Expiration • • • • Processus passif par l ’élasticité du poumon En relâchant les muscles inspiratoires, le poumon retrouve son volume initial Le volume intrathoracique et pulmonaire diminue et les alvéoles sont comprimées La pression intraalvéolaires est alors d ’environ 1 mmHg en dessus de la pression atmosphérique Eléments influençant la ventilation pulmonaire • Résistance des conduits aériens • Compliance pulmonaire • Tension superficielle des alvéoles Résistance des conduits aériens • Principalement due à la friction de l ’air sur la surface des conduits aériens • Proportionnelle à la différence entre les pressions atmosphériques et intraalvéolaires • Inversement proportionnelle aux résistances des conduits aériens (dépend principalement du diamètre) • Les muscles lisses des bronchioles peuvent se contracter et modifier la résistance des conduits aériens Dr Michel Hunkeler Av.Gare1 2000 Neuchâtel cours d’anatomie/physiologie CEP Université de Neuchâtel 2004-2005 5 • Le système nerveux parasympathique stimule une contraction des parois bronchiques sous l ’effet de divers stimuli (histamine, gaz): crise d ’asthme Compliance pulmonaire • La compliance pulmonaire est la capacité du poumon à se dilater (extensibilité) • Plus la compliance est élevée plus la ventilation est facilitée • Divers problèmes peuvent diminuer la compliance pulmonaire: – fibrose – rigidité de la paroi thoracique – diminution du surfactant Tension superficielle dans les alvéoles • A la surface des alvéoles, il y a un liquide principalement composé d ’eau et du surfactant (lipides et protéines) • Le surfactant a un rôle de détergent, réduit la cohésion des molécules d ’eau pour éviter que les alvéoles collabent Volumes pulmonaires • On mesure plusieurs volumes pulmonaires permettant d ’établir les capacités de l ’individu. • Volumes: – courant – de réserve inspiratoire – de réserve expiratoire – résiduel Dr Michel Hunkeler Av.Gare1 2000 Neuchâtel cours d’anatomie/physiologie CEP Université de Neuchâtel 2004-2005 6 Capacités pulmonaires • Capacités: – inspiratoire: quantité totale d ’air qui peut être inspirée après une expiration courante (correspond au volume courant + volume de réserve inspiratoire) – résiduelle fonctionnelle: correspond à la quantité d ’air qui reste dans les poumons après une expiration courante (volume résiduel + volume de réserve expiratoire) • Espace mort: – part de l ’air respiré qui remplit les zone de conduction et qui ne participe pas aux échanges gazeux – environ 150 ml – pour un volume courant de 500ml, seul 350 ml sont utiles pour la ventilation alvéolaire. • La ventilation normale est de 500 ml par respiration à un rythme d ’environ 12 x/mn soit 6 litre/mn • La ventilation peut atteindre 200 litre/mn en cours d ’effort intense Dr Michel Hunkeler Av.Gare1 2000 Neuchâtel cours d’anatomie/physiologie CEP Université de Neuchâtel 2004-2005 7 Epreuves évaluations capacité respiratoire • Spirographie: mesure des capacités respiratoires par une cloche vide renversée sur de l ’eau, reliée au patient par un embout. • Mesure du volume expiratoire maximal par seconde (VEMS): mesure la quantité d ’air maximale expulsée par seconde. • Normalement le 80 % de la capacité vitale peut être expulsée en 1 sec. Echanges gazeux • Loi des pressions partielles de Dalton: la pression totale d ’un gaz exercée par un mélange de gaz est égale à la somme des pressions exercées par chacun des gaz constituant. • L ’air est composé: – 78,6% d ’azote. Pression partielle de l ’azote pour une pression atmosphérique de 760 mm Hg = 78,6% x 760 = 597 mm Hg. – 21% O2: pression partielle de 159 mm Hg – 0,04% CO2 – 0,5% H2O – Divers gaz: argon, hélium... Echanges gazeux: altitude • La pression atmosphérique diminue avec l ’altitude • Po2 à 3000m diminue à 110 mm Hg • Po2 augmente de 760 mm Hg tous les 10 m lorsque l ’on descend sous l ’eau Echanges gazeux: loi de Henry • Lorsque un mélange de gaz est en contact avec un liquide chaque gaz se dissout dans le liquide en proportion de sa pression partielle • Plus un gaz est concentré dans le mélange gazeux, plus il se dissout en grande quantité et rapidement dans le liquide • Au point d ’équilibre, les pressions partielles sont les mêmes dans les 2 phases Dr Michel Hunkeler Av.Gare1 2000 Neuchâtel cours d’anatomie/physiologie CEP Université de Neuchâtel 2004-2005 8 Echanges gazeux entre le sang, les poumons et les tissus • Plusieurs éléments influencent les mouvements des gaz à travers la barrière alvéolo- capillaire: – les gradients de pression partielle et la solubilité des gaz – les caractéristique de la membrane alvéolo-capillaire (mesure normalement 0,5 à 1 µm – la concordance entre la ventilation et la perfusion sanguine dans les capillaires alvéolaires • L ’aire de la membrane alvéolo-capillaire est d ’environ 140 m2, soit 40 x la surface de la peau de l ’individu. Dr Michel Hunkeler Av.Gare1 2000 Neuchâtel cours d’anatomie/physiologie CEP Université de Neuchâtel 2004-2005 9 Ventilation-perfusion β Pour que les échanges gazeux soient optimaux, il doit y avoir une bonne concordance entre la ventilation (quantité de gaz atteignant les alvéoles) et la perfusion (écoulement sanguin autour des alvéoles) β Lorsque les alvéoles sont mal ventilées (pression partielle d’O2 faible), le sang est dévié vers les zones mieux ventilée. β Lorsque le taux de CO2 est élevé dans les alvéoles, les bronchioles se dilatent pour améliorer la ventilation. β Lorsque le taux de CO2 est bas les bronchioles se contractent. Hypoxie β Diminution de l’apport d’oxygène aux tissus β Anémie: diminution de l’hémoglobine limitant le transport d’O2 β Hypoxie circulatoire: diminution ou arrêt de la circulation sanguine locale ou généralisée β Hypoxie respiratoire: Diminution PO2 artérielle Transport du gaz carbonique β Gaz dissout dans le plasma: 7-10% β Lié à l’hémoglobine: 20-30%, CO2 se fixe sur la globine (carbhémoglobine) β Ion bicarbonate dans le plasma: 60-70% du gaz carbonique Effet Haldane β Favorise la diffusion et l’échange de gaz carbonique tant dans les tissus que dans les poumons. Dr Michel Hunkeler Av.Gare1 2000 Neuchâtel cours d’anatomie/physiologie CEP Université de Neuchâtel 2004-2005 10 β La quantité de gaz carbonique transportée dans le sang est fonction du degré d’oxygénation du sang. β β Plus la pression partielle de l’O2 est basse plus le sang peut transporter de gaz carbonique Régulation de la respiration β Bulbe rachidien β Pont β Bulbe rachidien: • Groupe respiratoire dorsale(GRD): centre de la régulation du rythme respiratoire (centre inspiratoire). • L’information est transmise par les nerfs phréniques et les nerfs intercostaux • Lorsque le GRD devient inactif, les muscles se relâchent et il se produit une expiration • Le GRD donne un rythme inspiratoire d’environ 12-15 inspiration/minute β β La fréquence respiratoire normale s’appelle eupnée La phase inspiratoire dure en général 2 secondes, la phase expiratoire 3 secondes L’inhibition du GRD abolit la respiration (somnifère, morphine, alcool…) Le groupe respiratoire ventral (GRV) a un rôle encore mal défini avec des neurones inspiratoires et expiratoires (peut-être un rôle dans l’expiration forcée) β β Régulation de la respiration Pont β Les centres respiratoires du pont influencent l’activité des neurones du bulbe rachidien β Centre pneumotaxique dans la partie supérieure du pont inhibe les centres respiratoires du bulbe. Dr Michel Hunkeler Av.Gare1 2000 Neuchâtel cours d’anatomie/physiologie CEP Université de Neuchâtel 2004-2005 11 Facteurs influant sur la fréquence et l’amplitude respiratoire β L’amplitude respiratoire est déterminée par la fréquence des influx envoyés par les centres respiratoires vers les muscles β Plus les influx sont fréquents, plus les contractions des muscles respiratoires sont intenses β La fréquence respiratoire dépend de la durée de l’action du centre inspiratoire ou de la rapidité de son inactivation β Récepteurs sensibles aux agent irritants: mucus accumulé, poussière, fumée,… Provoquent une constriction réflexe des bronchioles Si les agents irritant se trouvent dans les voies nasales, ils provoquent l’éternuement Dans les bronches ou la trachée la toux. β Centres cérébraux supérieurs: • Possibilité de régulation volontaire de la respiration (partielle car si le CO2 est trop élevé une inspiration se déclenche automatiquement) • Les émotions, les douleurs aiguës peuvent moduler le rythme respiratoire (par l’hypothalamus) • Le froid diminue la fréquence respiratoire alors que le chaud l’augmente β Réflexe de distension pulmonaire: • La distension pulmonaire stimule les influx inhibiteurs sur le centre respiratoire β Facteurs chimiques: • Les chimiorécepteurs centraux situés à proximité du bulbe rachidien et les chimiorécepteurs périphériques situés dans la crosse de l’aorte et à la bifurcation carotidienne sont sensibles aux variations des concentrations d’O2, CO2 et ions hydrogènes • PCO2 est le plus puissant et le plus influant des marqueurs chimiques β L’hypercapnie (augmentation de la PCO2) entraîne une hyperventilation (augmentation de la ventilation). β Une augmentation de 5 mm Hg de la pression partielle de CO2 double la ventilation alvéolaire même si la PO2 est normale Dr Michel Hunkeler Av.Gare1 2000 Neuchâtel cours d’anatomie/physiologie CEP Université de Neuchâtel 2004-2005 12 Hyperventilation β β β β Involontairement dans un contexte d ’anxiété, une hyperventilation peut être déclenchée. Il y a alors une hypocapnie qui provoque une constriction des vaisseaux cérébraux donc une ischémie cérébrale Elle cause des étourdissements, une perte de connaissance, des paresthésies, des crampes.. Traitement: respirer dans un sac pour augmenter la PCO2 Dr Michel Hunkeler Av.Gare1 2000 Neuchâtel cours d’anatomie/physiologie CEP Université de Neuchâtel 2004-2005 13 Facteurs influant sur la fréquence et l’amplitude respiratoire: PO2 β β β Les cellules sensibles à la PO2 se trouvent dans la crosse de l ’aorte et les corpuscules carotidiens La PO2 doit diminuer en dessous de 60 mm Hg pour influer sur la ventilation En dessous de 60 mm Hg les centres respiratoires sont stimulés L ’asthme β β β β β Maladie inflammatoire des voies respiratoires Causée par: • allergie • infection virale (bronchite asthmatiforme) • Asthme « intrinsèque » pouvant s’accentuer avec l ’effort, le froid... Touche 5-10% des enfants en âge de scolarité Peut être mortel Interfère avec la qualité de vie Asthme d ’effort β β β β β L'asthme d'effort est attribuable au refroidissement et au dessèchement des voies respiratoires, provoqué par une respiration plus intense durant l'exercice. Les cellules des voies respiratoires libèrent alors des produits chimiques qui causent le resserrement des muscles qui les entourent, ce qui a pour effet de rétrécir et d'obstruer le passage de l'air. L ’asthme n ’est pas une contre-indication à la pratique d ’une activité sportive Le sport améliore la qualité de vie des asthmatiques Plusieurs champions olympiques, en particulier en natation sont des asthmatiques (Mark Spitz) La sport doit être effectué lorsque l ’asthme est bien maîtrisé Dr Michel Hunkeler Av.Gare1 2000 Neuchâtel cours d’anatomie/physiologie CEP Université de Neuchâtel 2004-2005 14 Ventilation à l ’exercice β Ventilation augmente sous l ’influence: • Du mouvement • Résultat des modifications biochimiques sanguines β A l ’exercice la ventilation augmente en fonction de la demande énergétique β Pour des efforts faibles c’est le volume courant qui augmente β Pour des efforts plus intenses il y a une augmentation de la fréquence respiratoire β Le débit ventilatoire est au repos de 5-8l/mn β A l ’effort il peut atteindre 150-200l/mn β La ventilation maximale dépend des dimensions corporelles: taille, poids, surface cutanée. β La ventilation maximale diminue avec l ’âge β β Le débit ventilatoire est plus élevé pour les exercices avec les membres supérieurs que inférieurs L ’augmentation de la ventilation à l ’effort est due à une augmentation du volume courant, surtout en utilisant le volume de réserve inspiratoire et en augmentant la fréquence. β Le volume courant peut augmenté 6x par rapport au volume de repos β La fréquence passe de 12/mn à 45/mn β Le sportif a tendance à augmenter son volume respiratoire à l ’effort et à garder des fréquences respiratoires basses β Cela limite la dépense énergétique (moins d ’énergie utilisée pour les muscles respiratoires) β Pour les débits ventilatoires supérieurs à 50 l/mn, les muscles respiratoires accessoires sont utilisés Dr Michel Hunkeler Av.Gare1 2000 Neuchâtel cours d’anatomie/physiologie CEP Université de Neuchâtel 2004-2005 15 Seuil ventilatoire β Moment où la ventilation augmente de façon disproportionnée à l ’intensité de l ’exercice β Il se situe entre 55-70% de la VO2 max β C ’est l ’intensité d ’exercice à partir de laquelle la demande énergétique ne peut plus être satisfaite par la voie oxydative seule. β La ventilation augmente d ’avantage que l ’effort à partir du seuil ventilatoire, pour éliminer le CO2 produit par l ’acide lactique β Le seuil aérobie et le seuil ventilatoire en général concordent Dr Michel Hunkeler Av.Gare1 2000 Neuchâtel cours d’anatomie/physiologie CEP Université de Neuchâtel 2004-2005 16 Dr Michel Hunkeler Av.Gare1 2000 Neuchâtel cours d’anatomie/physiologie CEP Université de Neuchâtel 2004-2005 17 Muscles respiratoires β β L ’énergie nécessaire pour les muscles respiratoires est d ’environ 2% de l ’énergie totale au repos A l ’effort elle augmente à 15% de l ’O2 nécessaire à l ’organisme Limitation de l ’effort β β β Le système respiratoire n ’est qu'exceptionnellement le facteur limitant la performance Les exceptions: • maladies respiratoires • sujets très entraînés avec un très haut niveau de consommation maximale d ’O2 Le système respiratoire peut s ’adapter dans de plus larges proportions que le système cardio-vasculaire Adaptations du système respiratoire avec l ’entraînement β β β β β L ’entraînement n ’a que peu d ’effet sur les capacités et volumes pulmonaires L ’entraînement diminue la fréquence respiratoire de repos. Il augmente la fréquence pour des exercices maximaux La diffusion pulmonaire (échange gazeux à travers la barrière alvéolo-capillaire) est améliorée à l ’exercice maximal (augmentation du flux sanguin) Peu d ’influence de l ’entraînement sur le contenu en O2 du sang Dépense énergétique à l ’effort Mesures énergétiques de l ’exercice β Objectif: mesurer la quantité d ’énergie dépensée par l ’organisme à l ’effort Dr Michel Hunkeler Av.Gare1 2000 Neuchâtel cours d’anatomie/physiologie CEP Université de Neuchâtel 2004-2005 18 Calorimétrie directe Calorimétrie indirecte β Le métabolisme du glucose et des lipides consomme de l ’O2 et produit du CO2. β On évalue la dépense énergétique en mesurant les échanges gazeux respiratoires β L ’énergie produite est calculée à partir des mesures de CO2 et O2 Quotient respiratoire β La consommation d ’O2 lors du métabolisme est fonction du type de source d ’énergie Dr Michel Hunkeler Av.Gare1 2000 Neuchâtel cours d’anatomie/physiologie CEP Université de Neuchâtel 2004-2005 19 β β β β β β β β β β La calorimétrie indirecte permet de connaître la quantité de CO2 rejeté (VCO2) et la consommation d ’O2 (VO2) Le rapport entre la VCO2 et la VO2 est le quotient respiratoire La quantité d ’O2 nécessaire pour oxyder une molécule de glucide ou de lipide est proportionnelle au nombre de carbone contenu dans le substrat Par exemple: le glucose (C6 H12 O6) produit lors de sa combustion 6 molécules de CO2, 6 molécules d ’H2O, 38 ATP et consomme 6 molécules d ’O2 Dans ce cas le quotient respiratoire = 1 = 6CO2/6O2 Le quotient respiratoire des lipides vaut 0,7 Le métabolisme glucidique produit 5,05 kcal par litre d ’O2 consommé Le métabolisme des lipides produit 4,69 kcal/l O2 Le métabolisme des protéines produit 4,46 kcal/ L O2 Cette technique présente certaines limites: • Le contenu en CO2 dans l ’organisme est variable selon la ventilation (hyperventilation, exercice intense) • Il ne représente pas exactement la production de CO2 par l ’organisme • Le quotient respiratoire est inexact en se qui concerne la mesure du métabolisme des protéines β β β β Au repos le QR se situe au environ de 0,80 Comment évolue le QR lors de l ’exercice physique? Il augmente et s ’approche de 1 compte tenu de l ’utilisation des glucides par le muscle Le QR peut parfois dépassé 1 lors d ’exercice intense: L ’organisme rejette plus de CO2 pour tenter de limiter l ’acidification du milieu due à l ’accumulation d ’acide lactique Dr Michel Hunkeler Av.Gare1 2000 Neuchâtel cours d’anatomie/physiologie CEP Université de Neuchâtel 2004-2005 20 Consommation d ’O2 lors de l ’effort β β β β L ’adaptation de l ’organisme à l ’effort n ’est pas immédiat. Il faut un temps d ’adaptation du système cardio-respiratoire pour atteindre l ’équilibre (steady-state) On parle de déficit d ’O2 en début d ’effort Ce déficit doit être compensé à l ’arrêt de l ’exercice (phase de récupération) Seuil lactique β β β β β β β Considéré comme un indicateur du potentiel d ’endurance de l ’athlète Le seuil aérobie correspond au moment où les lactates augmentent au-dessus de la valeur de repos Mesure sanguine avec un prélèvement par exemple au bout du doigt Le point d ’inflexion de la courbe n ’est pas toujours évident à déterminer Il a été établi des valeurs de référence arbitraire de taux d ’acide lactique: intensité de l ’exercice correspondant à une lactémie de 4 mmol/L Onset of blood accumulation (OBLA) En général le seuil est exprimé par rapport à un pourcentage de la VO2 max Dr Michel Hunkeler Av.Gare1 2000 Neuchâtel cours d’anatomie/physiologie CEP Université de Neuchâtel 2004-2005 21 β β β β La capacité de l ’athlète à faire un exercice intense sans accumuler d ’acide lactique témoigne de sa bonne aptitude Si 2 individus ont une même VO2 max c ’est celui qui a un seuil lactique plus élevé qui obtient les meilleures performances Sujet sédentaire: seuil aérobie à 50-60% de la VO2 max Sujet entraîné: seuil à 80% de la VO2 max Métabolisme de base β β β β β β Même au repos le corps dépense de l ’énergie pour son fonctionnement Au repos une personne consomme 0,3 L O2/min, soit 432 L/j L ’équivalent calorique d ’un quotient respiratoire de 0,8 est de 4,8 kcal/L O2 consommé On peut calculer la dépense énergétique d ’un individu au repos = O2 consommé par jour X kcal utilisées par L O2 = 432 x 4,8 = 2074 kcal/j Par définition, le métabolisme de base est mesuré chez un individu après 8 h de sommeil, 12 h de jeûne, en position allongée Correspond à l ’énergie minimale pour maintenir les fonctions vitales Masse maigre β β Poids du corps sans tenir compte des tissus graisseux Sur la base de mesures anthropométriques: mesure de l ’épaisseur du pli cutané et des circonférences corporelles Dr Michel Hunkeler Av.Gare1 2000 Neuchâtel cours d’anatomie/physiologie CEP Université de Neuchâtel 2004-2005 22 β http://t.verson.free.fr/PHYSIOLOGIE/DETERMINATION_MASSE_GRASSE/Masse_g rasse.htm#_Toc423373323 Métabolisme de base β β β β β β β Plus le pourcentage de masse maigre est élevé plus le métabolisme de base est élevé Plus la surface corporelle est importante plus le métabolisme est élevé (perte de chaleur) Le métabolisme de base de l ’individu varie de 1200-2400 kcal/j La dépense énergétique moyenne d ’un individu est de 1800 kcal/j L ’athlète peut dépenser jusqu’à 10 000 kcal/j Pour mémoire: 1 kcal correspond à l ’énergie nécessaire pour élevé 1 litre d ’eau de 15 à 16° Le métabolisme total se décompose en moyenne en: • 73% métabolisme de base • 15% thermogenèse: correspond au métabolisme de repos qui dépasse le métabolisme de base, influencer par la consommation alimentaire, l ’exposition au froid, des agents thermogéniques (tabac, café) • 12% activité Dr Michel Hunkeler Av.Gare1 2000 Neuchâtel cours d’anatomie/physiologie CEP Université de Neuchâtel 2004-2005 23 Effet de l ’exercice sur la dépense énergétique β β β La dépense énergétique augmente proportionnellement à l ’activité La VO2 augmente linéairement avec la puissance de l ’exercice A chaque état d ’équilibre, la VO2 représente le coût énergétique de la puissance développée. Consommation maximale d ’O2 VO2 max. β β β La consommation d ’O2 arrive à une valeur ou malgré l ’augmentation de la charge (de l ’effort) la VO2 n ’augmente plus. La VO2 max. détermine le potentiel aérobie La VO2 max. ne permet pas à elle seul de déterminer la performance en endurance d ’un athlète Amélioration de la performance par économie de l ’effort β β β La correction de la technique de mouvement permet de diminuer les besoins énergétiques Pour une même VO2 max la dépense énergétique est différente pour un effort identique Un triathlète avec une VO 2 max de 5 L/min nage moins vite sur 400 m qu’une nageuse avec une VO2 max de 2,3 L/min Dr Michel Hunkeler Av.Gare1 2000 Neuchâtel cours d’anatomie/physiologie CEP Université de Neuchâtel 2004-2005 24 La performance en endurance dépend de β β β β VO 2 max élevée Seuil aérobie élevé Economie de l ’effort (faible VO2 pour un même niveau d ’exercice) Pourcentage élevé de fibres lentes Coût énergétique de l ’activité sportive β Dépend de • intensité de l ’effort • type d ’activité • âge • sexe • poids • taille • composition corporelle Dr Michel Hunkeler Av.Gare1 2000 Neuchâtel cours d’anatomie/physiologie CEP Université de Neuchâtel 2004-2005 25 Exemple de coût énergétique de diverses activités Cause de la fatigue à l ’effort physique β β Lassitude qui accompagne la diminution de la performance musculaire Plurifactorielle Epuisement du glycogène sanguin β β β Une part du glucose apporté au muscle vient de la circulation sanguine Le glycogène du foie, en se dégradant permet de maintenir la glycémie au moins pendant une partie de l ’effort La glycémie peut chuter lorsque les besoins musculaires en glucose dépassent la production du foie aboutissant à un épuisement musculaire (hypoglycémie) Dr Michel Hunkeler Av.Gare1 2000 Neuchâtel cours d’anatomie/physiologie CEP Université de Neuchâtel 2004-2005 26 Fatigue β β L ’accumulation des produits de la glycolyse, notamment de l ’acide lactique mais surtout de ions H+ aboutit à une fatigue Lors d ’un effort intense il y a une acidification dans le muscle, compensé partiellement par les bicarbonates (HCO3-) Fatigue et PH musculaire β β β Si le PH diminue à 6,4 dans le muscle, la glycolyse n ’est plus possible (inhibition des enzymes) Le muscle consomme ses réserves d ’ATP puis ne peut plus fonctionner La diminution du PH dans le muscle est le principal facteur limitant de l ’effort intense et bref Dr Michel Hunkeler Av.Gare1 2000 Neuchâtel cours d’anatomie/physiologie CEP Université de Neuchâtel 2004-2005 27 Fatigue neuromusculaire β β Mauvaise transmission de l ’information au niveau de la plaque motrice Limitation psychologique Quelques tests Mesure de la VO2 max sur le terrain β Test de cooper: Courir la plus longue distance possible en 12 minutes sur terrain plat, après un échauffement correcte VO2 max (ml/min/kg) = 22.351 X distance ( en Km) -11,28 Recommandations test de Cooper Votre état de santé vous permet-il de passer ce type de test en toute sécurité et surtout: Est-ce qu'un examen médical a déjà révélé un problème d'angine ou d'arythmie cardiaque? Si oui, il serait préférable de consulter votre médecin; - Il est préférable d'attendre au moins une heure après un repas et de boire de l'eau une quinzaine de minutes avant l'exercice; - Il est fortement recommandé de faire quelques exercices d'échauffement quelques minutes avant le test; - Il est important de bien doser votre effort; tentez de maintenir une vitesse constante. Évitez les départs trop rapides ou trop lents; Vous pouvez marcher si la course devient trop pénible; - Si vous ressentez des étourdissements, de l'essoufflement prononcé ou un malaise inhabituel, il est préférable de vous arrêter; Dr Michel Hunkeler Av.Gare1 2000 Neuchâtel cours d’anatomie/physiologie CEP Université de Neuchâtel 2004-2005 28 - Une fois les 12 minutes écoulées, marchez deux ou trois minutes afin de permettre une bonne récupération; Test de Ruffier: Prenez votre pouls de repos (de préférence le matin au lever) [P1] Faites 30 flexions sur les jambes pendant 45 secondes et prenez directement votre pouls [P2] Attendez une minute et reprenez votre pouls [P3] Calculez l'indice de Ruffier: Indice de Ruffier = (P1+P2+P3-200)/10 Indice de Ruffier < 0 très bien 0<Indice de Ruffier<2 bien 2<Indice de Ruffier<5 moyen Indice de Ruffier>5 manque d'entraînement ou au contraire sur-entraînement Outils Test de Conconi Le test de Conconi est une méthode pratique pour définir votre seuil de lactate ( permet de déterminer un niveau de puissance ou de fréquence cardiaque au seuil anaerobie/aerobie) dans des conditions de terrain réalistes afin de définir vos différentes zones d'entraînement. La réussite de ce test dépend entièrement du choix d'un terrain approprié. Dans le meilleur des cas ce serait un vélodrome couvert. Mais qui a un vélodrome couvert à sa disposition? Alternativement un parcours protégé du vent d'environ 400 à 800 mètres. Une piste en tartan donne une approximation très correcte. Elle fournit plus de résistance de roulement que l'asphalte ce qui diminue l'influence du vent et donne un résultat plus précis. Dr Michel Hunkeler Av.Gare1 2000 Neuchâtel cours d’anatomie/physiologie CEP Université de Neuchâtel 2004-2005 29 Procédure de réalisation du test: Gardez exactement la même position pendant toute la durée du test (C'est encore mieux si vous disposez d'un guidon "Aéro"). Augmentez votre vitesse à chaque tour de 2 km/h ou 40 watts si vous disposez d'un instrument de mesure de puissance. Dans le meilleur des cas votre fréquence cardiaque est enregistrée ou sera notée à l'issue de chaque tour. Vous commencerez à une allure aisée(Fréquence cardiaque 110-120). Le test s'achèvera dès que vous serez incapable de tenir une vitesse constante sur la totalité d'un tour. Maintenant vous tracez un diagramme avec votre fréquence cardiaque en fonction de la vitesse. Tracez une ligne joignant tous les points. Votre seuil correspond au point ou la courbe obtenue s'infléchie. Ce sera plus facile à visualiser si vous tracez l'axe des vitesses avec une échelle assez réduite. Test de Conconi Le test de Conconi se réalise sur un home-trainer ou un ergomètre avec un braquet fixe. Sur un home traîner à résistance réglable, réglez la résistance de la manière suivante : - pour 60 rpm la puissance que vous développerez sera de 100 watts - pour 80 rpm la puissance que vous développerez sera de 200 watts Protocole du test de Conconi : - échauffement de 20 minutes sur un petit braquet avec quelques accélérations - déclenchement du Chrono - commencer le test à 60 RPM (100 watts) - augmentez la cadence de 1 RPM chaque minute - une fois arrivé à 95RPM, augmentez la cadence de 2RPM toutes les 20 secondes - Lorsque vous sentez que vous ne pouvez plus aller plus vite et que votre fréquence cardiaque est maximale, terminez par un sprint de 10 secondes. - Récupération active de 20 minutes Analyse du test : Certains logiciels, le SRM propose une analyse automatique de ce test. Pour les autres capteurs, lissez votre courbe pour un intervalle de 15 secondes. Le point de déflexion de votre courbe indique votre seuil en fréquence cardiaque et en puissance : vous avez obtenu votre fréquence cardiaque au seuil (FCs) et votre puissance au seuil (Ps). Vous pouvez maintenant calculer vos zones d'intensité d'effort en puissance et en fréquence cardiaque. Dr Michel Hunkeler Av.Gare1 2000 Neuchâtel cours d’anatomie/physiologie CEP Université de Neuchâtel 2004-2005 30 L'augmentation du rythme cardiaque est régulière sur la ligne rouge jusqu'aux alentours de 170 pulsations par minute, la vitesse de déflexion survient à une vitesse de 14 km/h, c'est à ce moment que l'on peut observer la fin de cette progression linéaire, la suite et fin du test étant représentées par la ligne verte. En conclusion, cette personne atteint sa FCMax vers 180 bpm et sa VMA vers 14 km/h. Son VO2 Max indirect est donc de 14 km/h x 3.5, soit 49 ml/min/kg. Adaptations métaboliques à l ’effort β β β β L ’entraînement aérobie élève le seuil lactique Après un tel entraînement on peut réaliser un effort plus intense ou correspondant à un plus fort % de la VO2 max sans que le lactate ne s ’élève Le seuil augmente par • augmentation des enzymes musculaires oxydative • meilleure élimination du lactate produit par le muscle Par contre au niveau de la VO2 max la concentration de lactate reste identique voir supérieure chez le sujet entraîné Dr Michel Hunkeler Av.Gare1 2000 Neuchâtel cours d’anatomie/physiologie CEP Université de Neuchâtel 2004-2005 31 Amélioration du potentiel aérobie β β β Le gain maximal de VO2 max est obtenu en 18 mois d ’entraînement Ensuite la performance peut encore être améliorée, sans augmentation de la VO2 max en améliorant la durée de l ’effort à un pourcentage plus élevé de la VO2 max. En fait il y a une élévation du seuil lactique Facteurs influençant la réponse à l’entraînement aérobie β β β β β β β β β β β β Chacun a un potentiel de VO2 max La VO2 max est atteinte après environ 18 mois d entraînement intense Le gain de VO2 max est d ’autant plus faible avec l ’entraînement que la valeur initiale est élevée L ’âge du début d ’entraînement pourrait influencer la VO 2 max à l ’âge adulte La VO2 max a une limite génétique qui ne peut pas être dépassée Les facteurs génétiques interviennent dans environ 50%de la VO2 max La VO2 max diminue avec l ’âge Elle peut être maintenue ou diminuer moins vite si l entraînement est maintenu. Elle peut même être améliorée par l ’exercice chez une personne âgée sédentaire Les femmes ont une VO 2 max inférieure à l ’homme (25% chez les sédentaires et 10% chez les athlètes) Le potentiel d ’augmentation de VO2 max est établi en partie génétiquement. Certains individus augmentent leur VO2 max plus que d ’autres pour un entraînement identique Le type d entraînement et d ’exercice utilisés pour mesurer la VO2 max influencent le résultat. Exemple: des nageurs suivant un entraînement de 1h 3X /semaine pendant 10 semaines améliorent leur VO2 max de 1,5% sur le tapis roulant et de 11% dans l ’eau Dr Michel Hunkeler Av.Gare1 2000 Neuchâtel cours d’anatomie/physiologie CEP Université de Neuchâtel 2004-2005 32 Dr Michel Hunkeler Av.Gare1 2000 Neuchâtel cours d’anatomie/physiologie CEP Université de Neuchâtel 2004-2005 33
