Download - Introduction Adaptation
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Helmi BEN SAAD(MD, PhD)
Adaptations Adaptations CardioVasculaireCardioVasculaire et et VentilatoireVentilatoire à L’Exercice à L’Exercice
MusculaireMusculaire
IntroductionAdaptation ?
Problème (1/2 intérieur, environnement)Réponses
Physiologique Comportementale Génétique
HOMÉOSTASIE intacte
Comment s’adapte t-il lors d’exercice?Existe-t-il une limite d’adaptation?
VO2max.
Aérobie
O2 (Prélèvement, transport et consommation)
CO2 (Prélèvement, transport et rejet)
Fonctions
Introduction
Plan
I. Adaptation globale
II. Adaptation cardiovasculaire
III. Adaptation ventilatoire
COCO22
COCO22
COCO22
OO22
OO22
OO22
AdaptationAdaptationRESPIRATOIRERESPIRATOIRE
AdaptationAdaptationCARDIOVASCULAIRECARDIOVASCULAIRE
AdaptationAdaptationTISSULAIRETISSULAIRE
Diffusion AlvéoloDiffusion Alvéolo--capillairecapillaire
Parois capillaires: DiffusionParois capillaires: Diffusion
ParoisParois cellulairescellulaires: Diffusion: Diffusion
CaptationCaptation
HémodynamiqueHémodynamique
VentilationVentilation
Air ambiantAir ambiant
Liq Interstitiel
Adaptation globale Consommation maximale d’O2: VO2max
Chaîne CRV LIMITE
.
Modes d’expression
Valeur absolue : 3 L/min ; jeune modérément actif-75 kg
Valeur relative : / poids total: 40 ml/min/kg
VO2 max/
Aptitude physique aérobie
.
.VO2 max/
Saturation de la chaîne
Adaptation globale VO2max.
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Plan
I. Adaptation globale
II. Adaptation cardiovasculaire
III. Adaptation ventilatoire
�Fréquence cardiaque�Volume d’éjection systolique�Débit cardiaque�Débit sanguin�Pression artérielle
Fréquence cardiaque (FC)
FC de repos
FC d'exercice
FC d’équilibre
FC de repos
Moyenne : 60-80 bpmAge moyen + sédentaire: 100 bpmAthlète extrême : 28-40 bpm
FC de repos
↑↑↑↑: avant le début de l'exerciceRéponse anticipée
Noradrénaline : SN sympathiqueAdrénaline : médullosurrénale
↓↓↓↓: EmotionAcétylcholine: stimulation vagale
FC d’exercice: Exercice à charge croisante
FC maximale
80% des possibilités maximales
FC d’exercice
Estimation - FC maximale:
FCmax = 220 - âge
40 ans: Fcmax = 180 bpm
Fox et Haskell1970
Astrand1980
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FC d’équilibre: Exercice à charge constanteNiveau optimal: satisfait exactement auxbesoins de l'exercice
PLATEAU1-3 min
Volume d’éjection systolique
VES: ↑↑↑↑ ExerciceObjectif : travail cardiaque
efficace
VES: principal déterminantCapacité d'endurance CR
VES 4 facteurs
Intensité d'exercice: ↑↑↑↑
Régulation directe – Variations VES
����Retour veineux����Capacité de remplissage ventriculaire����Contractilité ventriculaire����Pre. sanguine: Aorte + Art. pulmonaire
VES
����Retour veineux����Capacité de remplissageventriculaire
→→→→ Volume de remplissageventriculaire
VES
����Contractilité ventriculaire����Pre. sanguine: Aorte + Art. pulmonaire
→Aptitude - Ventricules à se vider
� Force d’éjection du sang� Pression - Système artériel
PLATEAU
40-60% des possibilités maximales
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VES: effet de la position
Debout
Allongée
VES ↑↑↑↑: X 200%Actifs non entraînés
50-60 ml Repos120 ml Maximum
Actifs très entraînés80-110 ml Repos160-200 ml Maximum
VES ↑↑↑↑: 20%-40%
Pourquoi ?
VES: effet de la position
Position allongée:Pas d’accumulation Sang
Retour veineux facilité
VES de repos: allongée > debout
VES: effet de la position
Exercice - Position allongée:
↑↑↑↑ supplémentaire VES: plus limitée
Message à retenir:Exercice Intensité faible-modérée
Essentiel ↑↑↑↑ VES:
Lutte contre la force de pesanteur
VES: mécanismes d’augmentation: 2
a) Loi de Frank-Starling(VES: fonction du ° d'étirement
- parois ventriculaires)
b) ↑↑↑↑ contractilité - Fibresventriculaires
VES: mécanismes d’augmentation: 2
a) Loi de Frank-Starling« plus la paroi ventriculaire estétirée ,
plus le ventricule est capablede développer une forceimportante, lors de lacontraction suivante»
VES: mécanismes d’augmentation: 2
b) ↑↑↑↑ contractilité - Fibresventriculaires
↑ VES
Lequel de ces 2 mécanismes intervient à l'exercice?
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↑↑↑↑ VTD du VG: L oi de Frank-Starling↓↓↓↓ VTD du VG: meilleure contractilité myocardique
Loi de Frank-Starling
Contractilité myocardique
↓ Temps de remplissage ventriculaire:500-700 ms Repos150 ms Exercice intense (FC: 150-200 bpm)
VES: mécanismes d’augmentation
Loi de Frank-Starling ↑ Retour veineux
Stimulation Sympathique - SystèmesArtériel (territoires inactifs)
Veineux
Contraction - Muscles Actifs→→→→ Compression Veines devoisinage
↑↑↑↑ Respiration (Pr. Intra thoracique et abdominale)
VES: mécanismes d’augmentation: 3ème
↓ Résistances périphériquestotales à l'écoulement
Vasodilatation importante -Territoires musculaires actifs
Vidange ventriculaire: facilitée
Débit cardiaque: Q.C = FC X VES
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Adaptations générales: FC et VES
Que se passe-t-il au niveau cardiaque?
Adaptations générales: FC et VES
50 bpm 55 bpm 60 bpm
↑↑↑↑ FC: compensationChute du VES
Objectif: Q.C constant
Adaptations générales: FC et VES
90 bpm 140 bpm 180 bpm
Objectif: ↑↑↑↑ Apport d'O 2 Muscles actifs
Débit sanguin: Q.S
↑↑↑↑: expulsion - Grande quantité desang →→→→ Système artériel
Destination: Muscles actifs
Redistribution sanguine
Débit sanguin: Q.S
MEJ - SN. sympathiqueSang dérive :
Territoires inactifs →→→→ actifs
MusclesRepos : 15%-20% Q.
S totalExercice: 80%-85% Q.
S total
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Quels mécanismes président à
l'ensemble de ces adaptations?
Début - Exercice:↑↑↑↑ besoins {O 2+ nutriments}: Muscles
actifs
Solution: ↑↑↑↑ Q.S local - Territoires actifs
2 mécanismes?
a) MEJ du SN. Sympathiqueb) Modifications physico-chimiques
SNS
Viscères: peu actifsVasoconstriction →→→→ Redistribution du
sang →→→→ Territoires actifs
Muscles squelettiques :Vasoconstrictrices: inhibées
Vasodilatatrices : stimulées
↑↑↑↑ Q.S Muscles actifs
Modifications physico-chimiques
Exercice: ↑↑↑↑ Métabolisme MuscleAcidose localeProduction de CO 2↑↑↑↑ Température
Effet: vasodilatation – Artérioles
↑Q.S
↓ PaO2Substancesvasodilatatrices
Pression artérielle (PA)
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Pression artérielle systolique
Explication - ↑↑↑↑ PAS↑↑↑↑ Q.
C
Objectif:Débit suffisamment
rapide dans tout lesystème vasculaire
Pression artérielle diastolique
Pre. résiduelle - Systèmevasculaire – Cœur en repos
Exercice: ↑↑↑↑ PAD > 15 mmHg
Pathologique
Epreuve d'exercice musculaire
Pression artérielle MARCHE
Niveau d'équilibre
Exercice prolongé :Systolique : ↓↓↓↓ Diastolique: inchangée
Explication:Vasodilatation - Artérioles musculaires
PA = Q .C X Résistances
Périphériques Totales
Pression artérielle Exercice de force
PAS: 480 mmHgPAD: 350 mmHg
Manœuvre de Valsalva
↑ Pression intrathoracique↑ PA dans le reste du corps
Equation de Fick
VO2 = Q.C x diff(a-v)O 2
= FC x VES x diff(a- v)O 2
. 1852-1937
PlanI. Adaptation globaleII. Adaptation cardiovasculaireIII. Adaptation ventilatoire
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Repos : 5-8 L/min , VT= 0,5 L, Fr=12 Cpm
Exercice: x 4-6 x 4
VE Exercice x 1680-100 L/min Normal
100-120 L/min Modérément entraîné
150-200 L/min Athlètes-Haut niveau
.
Régime Régime ventilatoireventilatoireRégime Régime ventilatoireventilatoire
Jeune ♂ peu entraîné
Régime Régime ventilatoireventilatoireRégime Régime ventilatoireventilatoire
VVTT �������� surtoutsurtout// Début Début ExerciceExerciceAtteintAtteint 5050-- 60% CV60% CV
((capacitécapacité vitalevitale))
FrFr �������� surtoutsurtout// FinFin ExerciceExercice< 40< 40--45 cycles/min45 cycles/min
VE VE
........
Charge Charge croissantecroissanteCharge Charge croissantecroissante
chargeAdaptation Adaptation VentilatoireVentilatoire SVSV11
InadaptationInadaptation VentilatoireVentilatoire SVSV22
�
�
SeuilsSeuils VentilatoiresVentilatoires
SeuilsSeuils ventilatoiresventilatoires et et lactiqueslactiquesSeuilsSeuils ventilatoiresventilatoires et et lactiqueslactiques
.
1,001,00 11erer SeuilSeuil0,000,00
2,002,00
3,003,00
4,004,00
5,005,00
00 0,50,5 11 1,51,5 22 2,52,5 33 3,53,5 44
..VOVO22
.. VC
OV
CO
22
11er er seuilseuil ventilatoireventilatoire11er er seuilseuil ventilatoireventilatoire
ConcomittantConcomittant 11erer seuilseuil lactiquelactiqueSeuilSeuil ammonium (NHammonium (NH 44))SeuilSeuil catécholaminecatécholamine ���� VE
.
Relation Lactate Relation Lactate -- VentilationVentilationRelation Lactate Relation Lactate -- VentilationVentilation
� Lactate : Facteur dominant
Monocarboxylase transporter
Symport: lactate/proton (H +)
11er er seuilseuil ventilatoireventilatoire11er er seuilseuil ventilatoireventilatoire
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[La] H[La] H ++ + HCO+ HCO33--
HH22COCO33 + [La] + [La]
COCO22 + H+ H22O + [La] O + [La]
⇔⇔
⇔⇔AC
AC11er er seuilseuil ventilatoireventilatoire11er er seuilseuil ventilatoireventilatoire
AC: anhydrase carbonique
22ème ème seuilseuil ventilatoireventilatoire22ème ème seuilseuil ventilatoireventilatoireConcomittantConcomittant 22 èmeème seuilseuil lactiquelactique
[La] H[La] H ++ + HCO+ HCO33-- COCO33HH22 + [La] + [La] COCO22 + H+ H22O + [La] O + [La] ⇔⇔ ⇔⇔
AC AC
Centres Respiratoires
Seuil de décompensation de l’acidose métabolique
Acidose Métabolique
SeuilsSeuils ventilatoiresventilatoiresSeuilsSeuils lactiqueslactiques
SeuilsSeuils ventilatoiresventilatoiresSeuilsSeuils lactiqueslactiques
SeuilsSeuils lactiqueslactiquesSeuilsSeuils lactiqueslactiques
5050 100100 150150 200200 250250 300300 35035000
22
66
1010
1414
SLSL11
SLSL22
Lact
atém
ieLa
ctat
émie
(mM
/l)(m
M/l)
PuissancePuissance (watts)(watts)
Seuils lactiques : SL1 (2 mmol/l)
SL2 (4 mmol/l)
77--12 mmoles/l: Non entraîné12 mmoles/l: Non entraîné
20 mmoles/l: Sportifs de haut N20 mmoles/l: Sportifs de haut N
Intérêts des Intérêts des seuils ventilatoires et lactiquesseuils ventilatoires et lactiquesIntérêts des Intérêts des seuils ventilatoires et lactiquesseuils ventilatoires et lactiques
SLSL1 1 et SVet SV11 ::
�� Index de capacité d'endurance musculaireIndex de capacité d'endurance musculaire
SVSV11 : Sujet modrémént actif : 50% VO: Sujet modrémént actif : 50% VO 22max théoriquemax théoriqueMarathonien : 70% VOMarathonien : 70% VO 22max théoriquemax théorique
SLSL22 et SVet SV22 ::
�� Intensité d'entraînement chez le sportifIntensité d'entraînement chez le sportif
SLSL1 1 et SVet SV11 ::
�� Index de capacité d'endurance musculaireIndex de capacité d'endurance musculaire
SVSV11 : Sujet modrémént actif : 50% VO: Sujet modrémént actif : 50% VO 22max théoriquemax théoriqueMarathonien : 70% VOMarathonien : 70% VO 22max théoriquemax théorique
SLSL22 et SVet SV22 ::
�� Intensité d'entraînement chez le sportifIntensité d'entraînement chez le sportif
.
. Vent.max.min Vent.max.effort Vent.max.min Vent.max.effort
Vent.max.minVent.max.min
Vent.max.min = VEMS x 35Vent.max.min = VEMS x 35
RV RV == x 100x 100
Valeur normale: 30 Valeur normale: 30 ±± 1010 %
La ventilation La ventilation n'estn'est pas le pas le facteurfacteur limitantlimitant à à l'exercicel'exercice
RéserveRéserve VentilatoireVentilatoire (RV)(RV)RéserveRéserve VentilatoireVentilatoire (RV)(RV)Exercice : VE max : 80-100 L/min
Repos : HyperV volontaire : VE max.min� 110-130 L/min
.
..
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Echanges (O 2 + CO2) Alvéoles - Sang capillaire
� Capacité diffusion (D) Lung (L)� ≠ pression (passive)
VO2 = DLO2 x diff(A-a)O 2
.
VCO2 = DLCO2 x diff(A-a)CO 2
.
Adaptation de Adaptation de l’échangeurl’échangeur pulmonairepulmonaireAdaptation de Adaptation de l’échangeurl’échangeur pulmonairepulmonaire
Qualité du sang capillaireIntensité du Métabolisme
Qualité du gaz alvéolaire
.
.
Adaptation de Adaptation de l’échangeurl’échangeur pulmonairepulmonaireAdaptation de Adaptation de l’échangeurl’échangeur pulmonairepulmonaire
.VA = (VT-VD) x FR
VA/Q
REPOSdiff(A-a)O 2 = 10 mmHg
Shunts anatomiques : 4 mmHg
Inégalités VA/Q : 6 mmHg
Adaptation de Adaptation de l’échangeurl’échangeur pulmonairepulmonaireAdaptation de Adaptation de l’échangeurl’échangeur pulmonairepulmonaire
. .
PaOPaO22:: N N ouou �������� discrètementdiscrètementdiffdiff (A(A--a)a)OO2:2: x x 22
diff(A-a)O 2Adaptation de Adaptation de l’échangeurl’échangeur pulmonairepulmonaireAdaptation de Adaptation de l’échangeurl’échangeur pulmonairepulmonaire
Sujet peu actif
…… Athlète haut niveau
Est-ce que l’ ���� diff(A-a)O 2 peut-être un facteur limitant de l’exercice ?
diff(A-a)O 2
Adaptation de Adaptation de l’échangeurl’échangeur pulmonairepulmonaireAdaptation de Adaptation de l’échangeurl’échangeur pulmonairepulmonaire
SujetSujetnormalnormal
Ex maxEx maxNNalal
Ex maxEx maxAthAth extext
AA
aa
diff (Adiff (A--a) Oa) O 22120120
110110
100100
9090
8080
7070
P P aaOO22mmHgmmHg
diff(A-a)O 2Adaptation de Adaptation de l’échangeurl’échangeur pulmonairepulmonaireAdaptation de Adaptation de l’échangeurl’échangeur pulmonairepulmonaire
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Temps d’équilibre : 0,25 s
Exercice intense : Temps de transit ≥≥≥≥ Temps d’équilibre
Athlète extrême ����Hypoxémie induite par l’exercice
Sang veineux
Repos
Sang capillaire
Capacité de diffusionCapacité de diffusionCapacité de diffusionCapacité de diffusion
Ouf, oufOuf, ouf, ouf, oufOuf, oufOuf, ouf, ouf, ouf