AUGMENTATION DU RYTHME CARDIAQUE : L ADAPTATION DE L APPAREIL CARDIO-VASCULAIRE OU CIRCULATOIRE Sommaire Introduction : la fonction circulatoire

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1 AUGMENTATION DU RYTHME CARDIAQUE : L ADAPTATION DE L APPAREIL CARDIO-VASCULAIRE OU CIRCULATOIRE Sommaire Introduction : la fonction circulatoire A. La circulation A1. Le tissu sanguin 1. La composition 2. La fonction respiratoire du sang A2. Le cœur 1. Le cœur 2. Oreillettes et ventricules A3. Les vaisseaux sanguins B. Les 2 circulations 1. La grande circulation 2. La petite circulation C. Fonctionnement de l appareil cardio-vasculaire 1. Le cœur 2. Hémodynamique D. Les réponses circulatoires à l APS 1. L augmentation de la FC 2. La variation de la FC pendant l effort 3. La redistribution compensatoire des débits locaux 4. Les modifications de la circulation pulmonaire 5. Les adaptations cardio-vasculaires à l effort a. Adaptation immédiate b. Adaptation à long terme 1

2 AUGMENTATION DU RYTHME CARDIAQUE : L ADAPTATION DE L APPAREIL CARDIO-VASCULAIRE ou CIRCULATOIRE Introduction : la fonction circulatoire La plupart des cellules des êtres supérieurs ne sont pas au contact direct avec l environnement. La diffusion est le seul moyen par lequel les gaz et certaines substances traversent les membranes alvéolo-capillaires ( respiration pulmonaire ) et cellulaire ( respiration cellulaire ). La circulation du sang permet leur transport rapide jusqu aux cellules, et inversement. La fonction de l appareil circulatoire est de mobiliser le tissu sanguin et de favoriser son écoulement. L appareil cardio-vasculaire est composé schématiquement d un moteur ou pompe ( le cœur ) qui assure la circulation d un liquide ( le sang ) dans une tuyauterie ( artères, artérioles, capillaires, veines, veinules ) afin d irriguer les différentes parties de l organisme. Cet ensemble réalise un circuit fermé. A. La circulation A1. Le tissu sanguin 1) La composition : ensemble de cellules spécialisées en suspension dans un liquide, le plasma a ) Les cellules spécialisées : - Les globules rouges ou érythrocytes ou hématies Ce sont des cellules anucléés ( sans noyau ) qui renferment l hémoglobine dont le rôle est le transport de l oxygène et du CO₂. - Les globules blancs ou leucocytes Leur rôle essentiel est l immunité et la défense de l organisme. 2

3 - Les plaquettes Elles interviennent essentiellement dans la coagulation. b) Le plasma : liquide très complexe constitué de substances organiques et de sels minéraux dissous. Ces substances organiques sont : - Des protéines qui ne sont pas captées par les cellules - Des substrats : glucose, acides gras libres et acides aminés qui subviennent aux besoins énergétiques et métaboliques de la cellule - Des déchets produits par le catabolisme ( dégradation des composés ) cellulaire acide lurique, acide lactique, - Les sels minéraux : sodium ( Na ), chlorure ( Cl ), potassium ( K ), phosphate ( Ph ), magnésium ( Mg ) qui sont aussi nécessaires à la cellule. 2 ) La fonction respiratoire du sang : essentiellement transport de l oxygène et du CO₂ a) Transport de l oxygène L oxygène existe dans le sang sous forme dissoute et combinée à l hémoglobine. Il est dissous lorsqu il est libéré de l hémoglobine pour permettre la diffusion cellulaire. O₂ + hb hbo₂ b ) Transport du CO₂ Comme pour l oxygène, le CO₂ se trouve sous forme dissoute ou combinée. CO₂ + Hb HbCO₂ 3

4 A2. Le coeur 1) Le cœur C est un muscle creux ( myocarde ) divisé en 2 parties totalement séparées par une cloison : - Cœur droit, pour la circulation pulmonaire - Cœur gauche, pour la circulation systémique Chaque partie se subdivise en 2 cavités : oreillettes et ventricules 2) Les oreillettes et les ventricules - L oreillette droite reçoit le sang périphérique par les 2 veines caves - L oreillette gauche reçoit le sang des poumons par les 4 veines pulmonaires - Le ventricule gauche propulse le sang dans l aorte - Le ventricule droit propulse le sang dans l artère pulmonaire Oreillettes et ventricules communiquent entre eux par l orifice auriculoventriculaire et sont séparés par les valves mitrales ( côté gauche ) et tricuspides ( côté droit ). Elles empêchent le reflux du sang dans les oreillettes au moment de la contraction ventriculaire. Entre les ventricules et les artères afférentes, il existe aussi des valves qui empêchent le retour du sang dans la cavité ventriculaire ( valves aortiques et valves pulmonaires ). 4

5 A3. Les vaisseaux sanguins a. Les artères L aorte C est la plus grande et la plus grosse artère de l organisme. Elle apporte le sang oxygéné à toutes les parties du corps via la circulation du sang excepté la circulation fonctionnelle du poumon (artère pulmonaire) Rq : pathologie : anévrisme (dilatation) risque de rupture de l aorte L artère pulmonaire Son rôle est de transporter le sang appauvri en oxygène du cœur vers les poumons ; elle se divise en 2 pour se diriger vers chacun des poumons. Rq : pathologie : embolie ( artère obstruée par un caillot ) Les artères se divisent en artérioles puis en capillaires au niveau des tissus afin de faciliter la diffusion. b. Les veines Elles ramènent le sang des organes vers le cœur, pour la plupart dépourvues de fibres élastiques. Elles présentent, surtout au niveau des membres inférieurs, des valvules qui aident la progression du sang et qui surtout empêchent le retour. 5

6 c. Les capillaires Ils assurent la continuité entre les artères et les veines. C est un réseau très dense qui permet au sang d irriguer complètement les tissus ( augmentation de la surface des échanges ). Au repos, une partie d entre eux sont collabés et ne s ouvrent que dans certaines conditions ( contraction musculaire, augmentation de la température, massage ). B. Les deux circulations 1) La grande circulation ou circulation systémique Elle permet, depuis le ventricule gauche, l aorte et ses multiples arborisations, la circulation du sang riche en oxygène jusqu aux tissus puis aux cellules. 6

7 Les capillaires font la jonction au niveau tissulaire puis le réseau veineux ramène le sang appauvri en oxygène et riche en CO₂ aux veines caves qui débouchent dans l oreillette droite. 2) La petite circulation ou circulation pulmonaire Au niveau du ventricule droit, le sang remonte par l artère pulmonaire et ses différentes ramifications jusqu aux poumons où, par diffusion entre les capillaires et les alvéoles le sang se débarrasse du CO₂et s enrichit en O₂ puis revient dans l oreillette gauche par les 4 veines pulmonaires. C. Fonctionnement de l appareil cardio-vasculaire 1) Le cœur Il se contracte ( systole ) et se relâche ( diastole ) périodiquement suivant une fréquence de 70 à 80 cycles par minute au repos ( FC : Fréquence Cardiaque ). pendant la diastole le cœur se remplit pendant la systole le cœur se vide La quantité de sang éjectée par le ventricule à chaque systole s appelle le volume d ejection systolique(ves). Le débit cardiaque représente la quantité de sang éjectée par le cœur par unité de temps : Débit = FC VES Au repos, il est de 5 à 7 l par mn. 2) Hémodynamique Dans les vaisseaux sanguins, la circulation dépend de 3 paramètres : le débit, la pression et la résistance à l écoulement du sang. Le débit Il s adapte aux besoins tissulaires. 7

8 La pression C est la force avec laquelle le sang sort du ventricule gauche. L effort intense provoque des modifications du débit de la Tension Artérielle ( TA ) qui se mesure au niveau de l artère humérale. Les résistances Ce sont des forces qui s opposent à l écoulement du sang. D. Les réponses circulatoires à l APS Au départ de l APS, pour répondre aux besoins musculaires apparaissent rapidement les modifications suivantes ; - au niveau périphérique, vasodilatation des capillaires - au niveau du coeur, élévation du débit cardiaque par augmentation de la fréquence cardiaque et du volume d éjection systolique Ces 2 phénomènes vont entraîner l augmentation de la consommation d O₂. - au niveau général, une redistribution compensatrice de la masse sanguine en faveur de la zone d activité et une augmentation de la vitesse du retour veineux - au niveau pulmonaire, une élévation parallèle du débit cardiaque et du débit sanguin pulmonaire qui permet une augmentation des échanges gazeux 1) Augmentation de la FC L adaptation la plus fréquente et la plus immédiate lors d un travail musculaire est l accroissement de la FC. Elle reflète fidèlement l augmentation du débit cardiaque et de la consommation d oxygène. Un sujet qui est à sa FC maximale atteint son volume d oxygène maximal. Le VO₂ max varie avec l âge. Il dépend non seulement des facteurs génétiques mais aussi du mode de vie et peut s améliorer de 10 à 50 % après quelques mois d entraînement. 2) Variation de la FC pendant l effort D une valeur normale comprise entre 60 et 80 ppm, elle diminue progressivement de la naissance à l âge adulte. 8

9 Formule d Astrand : FCmax = 220 âge pour les hommes (+ ou 10 pulsations ) FCmax = 226 âge pour les femmes Avant l exercice, la FC augmente de façon anticipée ( émotion ressentie ) ; au cours de l exercice elle augmente rapidement pour ensuite se stabiliser progressivement si l intensité de l exercice est inférieure ou égale au seuil aérobie. Si elle est supérieure à ce seuil, elle augmente, atteint son maximum et s y maintient jusqu à la fin du travail. A l arrêt de l exercice, la FC décroît en 2 temps : - d abord rapidement ( 20 à 30 s ) phase de décrochage - puis beaucoup plus lentement phase correspondant au paiement de la dette d O₂ Le travail musculaire nécessaire pour atteindre la FC max varie d un individu à l autre. Elle dépend de l intensité, de la durée, de la nature du travail musculaire mais aussi de la composante émotionnelle, de l entraînement, de l âge du sujet, de la température et de l hygrométrie ( humidité de l air ). Le temps mis pour retrouver la FC de repos après un effort est un indice de forme. Les contractions statiques ou isométriques peuvent perturber le retour veineux : accumulation des déchets métaboliques. 3. Redistribution compensatoire des débits locaux Lors de l APS, parallèlement à l élévation du débit cardiaque, il y a une redistribution des débits au niveau des organes qui permet un afflux de sang supplémentaire aux muscles en activité. 9

10 4. Modifications de la circulation pulmonaire L augmentation du débit cardiaque tend à élever la pression de l artère pulmonaire et l hyperventilation à la diminuer. Il en résulte une augmentation modérée de la pression artérielle pulmonaire qui entraîne une vasodilatation des vaisseaux pulmonaires avec recrutement des vaisseaux collabés au repos. 10

11 5. Les adaptations cardio-vasculaires à l effort Adaptation immédiate - Augmentation du VES - Augmentation de la FC : après l effort, la FC chute assez rapidement de 10 à 20 pulsations ( + ou vite selon l entraînement du sujet ) Adaptation à long terme Le cœur du sportif subit des modifications anatomiques et physiologiques : - Hypertrophie du cœur cavités plus grandes parois plus épaisses ce qui explique une augmentation du VES - Ralentissement de la FC ( mais peut dépendre du facteur génétique ) - Augmentation du volume sanguin - Augmentation de la capillarisation musculaire - Retour plus rapide après l effort à la FC de repos L ensemble de ces modifications permet un apport d oxygène et de nutriments plus important avec un retour plus efficace des déchets métaboliques. - 11