VO2 max - CHUPS – Jussieu

VO2 max
Déterminants de la VO2 max
VO2
= Débit Cardiaque x Différence artério-veineuse en O2
Qc
x
(CaO2 - CvO2)
Système nerveux
autonome
Extraction
tissulaire
( Hb* = Hb x pouvoir oxyphorique Hb)
FC x ( VTD - VTS )
Retour veineux
précharge
Postcharge
x
Hb* x
(Sa O2 - Sv O2)
Fonction
Hématopoïétique
Inotropisme
Fonction
Respiratoire
Facteurs déterminants la performance cardiaque
• Précharge
longueur initiale des fibres
• Retour veineux
• Compliance ventriculaire
• Postcharge
résistance à l’éjection
• Contrainte pariétale
• Contractilité
force pour une L init. donnée
• Intrinseque
• extrinseque
• Effet de le fréquence cardiaque
Adaptation
aigue
:
chronique :
modification de fonction
modification de structure
Facteurs déterminants la performance cardiaque
• Précharge
• Postcharge
• Contractilité
sensibilité Ca ++
• Intrinseque flux calciques
myosine, iso enz.
SNA
• extrinseque
Ca ++
• Effet de le fréquence cardiaque
Rôle de l’augmentation de FC
dans l’augmentation du Débit Cardiaque
VES ml
100
DC l/min 5
80
4
60
3
40
2
20
1
0
0
0
50
100
150
200
250
FC
Au cours de l’exercice:
Pas d’
du DC avec l’
de FC
si le VES n’ augmente pas
Rôle +++ de l’
FC
VES ml
DC l/min
25
220
15
180
5
140
-5
100
60
-15
20
-25
0
50
% VO2max
100
du Retour Veineux
Astrand et al. J Appl Physiol 19,268-277,1964
EFFETS DE LA DÉNERVATION
Perini R et al. Europ J App Physiol
66,500-506,1993
Sur coeur dénervé, après transplantation cardiaque :
rôle prépondérant des facteurs circulants dans le contrôle de la FC
FC
FC
2.5 /min
100 pg/mL
10 min exercice à 50 W
La FC ne bouge pas pendant
50 à 60 s
• au début
• et à l'arrêt de l'exercice.
t
NA
L'augmentation et la diminution
de FC est reliée linéairement à
la concentration plasmatique de
Noradrénaline (2.5 cpm par
100 pg/ml de NA)
Heart rate during exercise & Heart transplantation
Heart rate
Transplanted
Plasma norepinephrine
Transplanted
Control
Control
Haschida M.
Transplant Proc 31,1966-1969,1999
Σ
Para Σ
Spectral analysis
Heart rate variability
Cavalcanti S et al.
Clin Science 92,351-359,1997
Heart rate variability - Tilt test
Guidelines - Heart rate variability Task force of the European Society of Cardiology
Europ Heart J 17,354-381,1996
Effet de l’entrainement
Tonus vagal x 4
Id. mais + faible pour HF/LF
2500
Pic HF (para sympathique)
2000
Jour
1500
Nuit
1000
500
0
Sédentaires
Sportifs
Goldsmith RL et al. J Am Coll Cardiol 20,552-558,1992
Heart rate variability - Training (aerobic
Old
Old
Levy WC et al.
Am J Cardiol 82,1236-1241,1998
6 months)
& Aging (30 < 71y)
Young
Young
Cardiac autonomic regulation after exercise
HF peak 10 min after exercise
700
600
500
400
300
200
100
0
Control
20% FC max
100% FC max
Hayashi N et al. Ann Physiol Anthropol 11:333-338,1992
• Précharge
• Retour veineux (Guyton)
• volémie
• vasomotricité
• Compliance ventriculaire
• Propriétés passives paroi VG / relaxation
• Pression intra thoracique / péricarde
• Equilibre VD/VG
Notion de pression transmurale ( PTM)
DC RV
• Postcharge
• Contractilité
• Effet de le fréquence cardiaque
PTD - VTD
Venous return & skeletal muscle contraction
Effet de l’activation des pompes veineuses par la marche
sur la veine dorsale du pied
D’après Samson Wright 1980
Atrial natriuretic peptide during acute and
prolonged exercise in well-trained men.
Maximal exercise
150 min exercise at 70-74% HRmax
ANP pg / ml
60
30
50
25
40
20
30
15
20
10
10
5
0
0
Rest
Max
3 min after Ex
ANP pg / ml
Rest
50 min
Goodman JL et al. Int J Sports Med 1993 May;14(4):185-90
100 min
150 min
Adaptation à l’exercice du volume sanguin circulant
Mier CM et al.
J appl Physiol 83,1900-1906,1997
Homme jeune : Entrainement 10
jours en endurance
10.2 % VO2 max
6
% FC repos
6.3 % Vol sanguin circulant
Shi X et al. Med Sci Sports Exerc 1995 Oct;27(10):1406-13
Homme jeune : Entrainement 8
mois en endurance
27 % VO2 max
10 % FC repos
16 % Vol sanguin circulant
Luelheimer MJ et al. Med Sports Sci Exercise 26,503-509,1994
C’est l’hypervolémie qui
la performance induite par
l’exercice musculaire ou la perfusion de Dextran
Remplissage ventriculaire
Vitesse de remplissage diastolique
Après 6 mois d’entrainement aérobie :
700
Basal
600
Exercice
500
Vit. Rempl. Diast
Masse VG
MVO2
400
+ 14%
+ 8%
+ 19%
dans les 2 groupes
300
200
+
100
P de remplissage
chez les sujets agés
0
Sujets jeunes
(24/32 ans)
Sujets agés
(60/82 ans)
Amélioration hémodynamique
+ liée à l’augmentation du VSC
qu’aux modif de compliance VG
Circulation
88,116-126,1993
Exercise training, aging, and collagen
in rat heart (LV not in RV)
OH-lysyl pyridinoline
cross linking (mol/mol coll.)
Collagen %
10
8
0.6
*
*,**
0.5
0.4
*
6
*,**
0.3
4
0.2
2
0.1
0
0
Young Young
Old
Old trained
untrained trained untrained
Young Young
Old
Old trained
untrained trained untrained
Thomas DP, Cotter TA, McCormick RJ Gosselin LE
Eur J Appl Physiol 85 , 164 - 169 , 2001
•
Précharge
• Postcharge
Contrainte pariétale ( F / S )
Paramètre régulé
Rôle de la géométrie ventriculaire
S
F
Laplace
σ
P x
=
r/h
x
f( a ,b )
Rôle de l’impédance artérielle
h
r1
r2
• Contractilité
• Effet de le fréquence cardiaqueL
Z
=
f ( R, L, C,
f)
GÉOMÉTRIE VENTRICULAIRE ET CONTRAINTE PARIÉTALE
σ
=
P x
h
r/h
x
f( a ,b )
Surcharge barométrique
P
h/r
Surcharge volumétrique
r
h
h/r
Laurenceau JL
C
yc
lis
m
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(4
00
-1
50
0m
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C
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s
Masse VG
Fo
nd
eu
rs
G
ym
na
st
es
Remodelage ventriculaire et Athlétisme
JO de Montreal 1976
( g / m2 SC)
220
200
180
160
140
120
100
80
60
PhD Thesis
Es
U
ni
ve
rs
ita
ire
s
Laurenceau JL
C
yc
lis
m
e
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DiametreDiastolique VG
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-1
50
0m
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Fo
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G
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na
st
es
Remodelage ventriculaire et Athlétisme
JO de Montreal 1976
(mm)
65
60
55
50
45
40
35
PhD Thesis
Es
U
ni
ve
rs
ita
ire
s
C
yc
lis
m
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st
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ce
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Av
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-1
50
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m
e
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Fo
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220
200
180
160
140
120
100
80
65
60
60
55
50
45
40
35
Géométrie ventriculaire et entrainement
PP VG
DD VG
Enfants 6 à 17 ans
Enfants 11 à 14 ans
Compliance artérielle
Vitesse de propagation de l’onde de pression
Moens Koteweg :
Sédentaires
Cyclistes
c = E h/2rρ
Sujets sédentaires et sujets
pratiquant le cyclisme en club
Eugene M et al
J Physiol 78,821-826,1982
Compliance artérielle et adaptation
cardiovasculaire à l’exercice
Etudiants de 17 à 19 ans
sédentaires ou pratiquant un
sport à différents niveaux
Relation entre la VOP et
l’aptitude à l’exercice
Eugene M et al
J Appl Physiol 61,1720-1723,1986
Angiogénèse
Muscle squeletique
VEGF (vasc endoth growth factor)
25
20
• Chez l’homme
1 h après exercice sous-max
de longue durée
en normoxie et en hypoxie
du VEGF
sans modif de l’ARNm du FGF
(Richardson RS Am J Physiol 1999)
15
10
5
0
Rest
Ex O2 5%
Ex O2 20%
Muscle cardiaque
Chez le rat :
• dilatation partie veineuse du capillaire coronaire
augmentation de la densité capillaire
• ou dilatation de la partie artérielle du capillaire
(Koyama T. Jpn J Physiol 48,229-241,1998)
Voir revue par Laughlin MH
(Med Sportd Sci Exerc 30,352-360,1998)
Contractilité
• Entrainement chronique souris (nage 90 min 2x/j 4 s).
Objectivé par :
16 % Pds coeur / Pds corporel
20 % FC à l’exercice sous-maximal
60 % Activité Succ DH Muscle squelettique
Pas de modif de [myosine]
ni de l’activité de la myosine ATPase
(Kaplan Am J Physiol 1994)
• Chez l’homme 99 familles de sujets Caucasiens 472 sujets sédentaires
20 semaines d’entrainement en endurance
Pas de modif de la Na K ATPase avant après entrainement
Mais : l’
de VO2 max après l’entrainement dépend de
variations génétiques du locus α2 du gène de la NaK ATPase
(Rankinen T, J Appl Physiol 2000)
•
« prédisposition » ?
Voir " cellular adaptation of heart muscle to exercise training "
(Moore RL Ann Med, 30 Supp 1, 46-52, 1998)
(Moore RL et al. Exerc Sport Sci Rev 27:285-315,1999)
Pathologies cardiaques et exercice
• RAo
• IAo
Longtemps bien tolérée
La
des RP pendant l’exercice
tend à
la régurgitation
• CMO
«physiologique» ou pathologique
Toute
volume intraventriculaire (diur., VDv, I+)
contractilité (I+, Σ+)
postcharge ( VDart, RP)
Peut entrainer un obstacle mésosystolique à l’éjection VG
• Favorisé sur cœur hypertrophié non dilaté
• Mais aussi sur cœur normal à l’arrêt brutal
d’un exercice intense