Muscle et Dyspnée du Sportif

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1 Muscle et Dyspnée du Sportif Rôle de l Altitude Mis à jour juillet 2009 R RICHARD, S Doutreleau, E Lonsdorfer-Wolf Service de Physiologie et des Explorations Fonctionnelles. Nouvel Hôpital Civil de Strasbourg, Strasbourg Cedex. Institut de Physiologie E.A Université Louis Pasteur Strasbourg, Faculté de Médecine, Strasbourg. Ruddy.Richard@physio-ulp.u-strasbg.fr

2 Muscle et Dyspnée du Sportif PARTIE 1 : dyspnée d origine musculaire Définition et mécanismes Principaux déterminants Identifier la limitation d origine musculaire PARTIE 2 : limitation induite (rôle de l altitude) Diffusion et utilisation de l oxygène par le muscle Traduction de l acidose et de l hyperlactatémie

3 PARTIE 1 : Définition - Déterminants musculaires - Limitation musculaire Définition de la dyspnée Difficulté de la respiration (Petit ROBERT), d origine respiratoire ou cardiaque Perception consciente d un désaccord entre la demande ventilatoire et les possibilités mécaniques du système thoraco-pulmonaire (GUENARD H). Dyspnée Dyspnée maximale VE Puissance Seuil de dyspnée VO 2

4 PARTIE 1 : Définition - Déterminants musculaires - Limitation musculaire Dyspnée les mécanismes Intégration corticale Sensation d effort Dyspnée Chémo-récepteurs CO 2, O 2, ph Paroi thoracique Récepteur périphériques, muscle Denjean A. Rev Mal Respir (2005) 22(5Pt3):7S40-7S41

5 PARTIE 1 : Définition - Déterminants musculaires - Limitation musculaire Dyspnée les mécanismes Intégration corticale Sensation d effort Dyspnée Chémo-récepteurs CO 2, O 2, ph Paroi thoracique Récepteur périphériques, muscle Denjean A. Rev Mal Respir (2005) 22(5Pt3):7S40-7S41

6 PARTIE 1 : Définition - Déterminants musculaires - Limitation musculaire Déterminants musculaires - Oxygène. Consommation musculaire d O 2 VO 2 =Qc (CaO 2 -CvO - 2 ) 40 VO 2 (l.min -1 ) 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 Entraînés Jeunes sédentaires Sédentaires séniors Sé i Capacité d utilisation de l O Disponibilité de l O 2 Q l.min Diffusion de l O 2 - Fonction mitochondriale D(a-v)O 2 ml.100ml -1

7 PARTIE 1 : Définition - Déterminants musculaires - Limitation musculaire Déterminants musculaires Le ph, les H +, le CO 2 L hydrolyse de l ATP augmente la production d H +. Péronnet F, Aguilaniu B. Respir Physiol Neurobiol (2006) 150(1):4-18 Les H + sont pour partie tamponnés dans la cellule et pour partie échangés avec le sang. Diminution du ph, hyperlactatémie, diminution de la concentration des bicarbonates, libération de CO 2. VCO 2 augmente en même temps que VO 2 et VE.

8 PARTIE 1 : Définition - Déterminants musculaires - Limitation musculaire Déterminants musculaires Le ph, les H +, le CO 2 L hydrolyse de l ATP augmente la production d H +. Péronnet F, Aguilaniu B. Respir Physiol Neurobiol (2006) 150(1):4-18 Les H + sont pour partie tamponnés dans la cellule et pour partie échangés avec le sang. Diminution du ph, hyperlactatémie, diminution de la concentration des bicarbonates, libération de CO 2. VCO 2 augmente en même temps que VO 2 et VE.

9 PARTIE 1 : Définition - Déterminants musculaires - Limitation musculaire Dyspnée les mécanismes Intégration corticale Sensation d effort Dyspnée Chémo-récepteurs CO 2, O 2, ph Paroi thoracique Récepteur périphériques, muscle Denjean A. Rev Mal Respir (2005) 22(5Pt3):7S40-7S41

10 PARTIE 1 : Définition - Déterminants musculaires - Limitation musculaire Origine musculaire de la dyspnée, de la limitation Acidose, Hyperlactatémie Réserve cardiaque conservée Réserve ventilatoire conservée Adapté de Wasserman K et al. Sensation d essoufflement DYSPNEE

11 PARTIE 2 : Capacité d utilisation de l O 2 - Acidose, Lactatémie Question : Le muscle est source de dyspnée chez le sportif, l altitude en est-elle elle un facteur aggravant. Capacité d utilisation de l oxygène Disponibilité de l oxygène La PO 2 tissulaire musculaire Place de la diffusion Respiration mitochondriale et organisation de la cellule musculaire Ajustement des réponses en normoxie et en hypoxie Acidose (ph, [H + ]), Lactatémie Que reflète l augmentation de la lactatémie..

12 PARTIE 2 : Capacité d utilisation de l O 2 - Acidose, Lactatémie Question : Le muscle est source de dyspnée chez le sportif, l altitude en est-elle elle un facteur aggravant. Disponibilité : la PO 2 tissulaire musculaire est-elle le facteur limitant? Richardson RS et al. Am J Physiol (2006) 571: Richalet JP, Herry JP. Médecine de l alpinisme 2006 Masson Ed. 336p

13 PARTIE 2 : Capacité d utilisation de l O 2 - Acidose, Lactatémie Question : Le muscle est source de dyspnée chez le sportif, l altitude en est-elle elle un facteur aggravant. Disponibilité : la mitochondrie peut travailler à une très faible PO 2 Richardson RS et al. Med Sci Sports Exerc (2000) 32(1):

14 PARTIE 2 : Capacité d utilisation de l O 2 - Acidose, Lactatémie Question : Le muscle est source de dyspnée chez le sportif, l altitude en est-elle elle un facteur aggravant. Diffusion : SaO PO 2 RSR13 P 50 =53 mmhg Sérum P 50 =34 mmhg Acidose Richardson RS et al. Med Sci Sports Exerc (2000) 32(1):

15 PARTIE 2 : Capacité d utilisation de l O 2 - Acidose, Lactatémie Question : Le muscle est source de dyspnée chez le sportif, l altitude en est-elle elle un facteur aggravant. Perte en hypoxie et caractéristiques cellulaires VO2 (ml.min-1) p<0,05 VO2max (FiO2) 21% Delta VO2 (21%-14%) -1 ) Vmax (µm mol.min -1.g(DW) p<0,05 Vmax Km/Km+cr 0 Sévères Modérés 0 Sévères Modérés Ponsot E, Dufour S et al. Soumission J Physiol 2008

16 PARTIE 2 : Capacité d utilisation de l O 2 - Acidose, Lactatémie Question : Le muscle est source de dyspnée chez le sportif, l altitude en est-elle elle un facteur aggravant. Perte en hypoxie et caractéristiques cellulaires B K m / K m+cr r = p = ΔD(a - v)o2max (ml. L -1 ) Ponsot E, Dufour S et al. Soumission J Physiol (2008)

17 PARTIE 2 : Capacité d utilisation de l O 2 - Acidose, Lactatémie Capacité d utilisation de l O 2 L apport d O 2 est limité en altitude par la diminution des pressions et la cascade de l oxygène le reflète à tous les étages. Cependant les caractéristiques intrinsèques de la mitochondrie lui permettent de travailler à une très faible PO 2. Ce n est pas l utilisation de l O 2 qui est altérée mais c est à la fois sa répartition et sa distribution qui vont constituer le facteur limitant.

18 PARTIE 2 : Capacité d utilisation de l O 2 Acidose, Lactatémie Réponses à l hypoxie aigue Athlètes (n=24), VO 2 max en normoxie 65±5 ml.kg -1.min -1 2 évaluations sur ergocycle (80 W, incrément 40 W) FiO 2 =21%, FiO 2 =14% (3000 m) 100 Saturation (%) - Epreuve d'effort sur ergocycle Pression partielle en O 2 alvéolaire (mmhg) c Normoxie Hypoxie Normoxie Hypoxie Repos Effort 80 w 120 w 160 w 200 w 240 w 280 w 320 w 360 w 400 w 440 w R 5 R 10 R Repos Effort 80 w 120 w 160 w 200 w 240 w 280 w 320 w 360 w 400 w 440 w R 5 R 10 R 15 Dufour S et al. J Appl Physiol (2006) 100: Ponsot E et al. J Appl Physiol (2006) 100: Zoll J et al. J Appl Physiol (2006) 100:

19 PARTIE 2 : Capacité d utilisation de l O 2 Acidose, Lactatémie Réponses à l hypoxie aigue Athlètes (n=24), VO 2 max en normoxie 65±5 ml.kg -1.min -1 2 évaluations sur ergocycle (80 W, incrément 40 W) FiO 2 =21%, FiO 2 =14% (3000 m) Ventilation (l.min -1 ) Normoxie 80 Hypoxie Repos Effort 80 w 120 w 160 w 200 w 240 w 280 w 320 w 360 w 400 w 440 w R 5 R 10 R 15 Lactatémie (mmol.l -1 ) Normoxie Repos Effort 80 w 120 w 160 w 200 w 240 w 280 w 320 w 360 w 400 w 440 w R 5 R 10 R 15 Hypoxie Dufour S et al. J Appl Physiol (2006) 100: Ponsot E et al. J Appl Physiol (2006) 100: Zoll J et al. J Appl Physiol (2006) 100:

20 PARTIE 2 : Capacité d utilisation de l O 2 - Acidose, Lactatémie Energétique cellulaire NADH + ½O +H + +3ADP+3Pi Pi NAD +3HO+3ATP 2 + 3ATP NADH + ½O 2 + H + + 3ADP + 3Pi NAD + + 3H 2 O + 3ATP [NAD + ] [NADH][H + ] NADH + ½O 2 + H + + 3ADP + 3Pi NAD + + 3H 2 O + 3ATP [ATP] [ADP][Pi] NADH + ½O 2 + H + + 3ADP + 3Pi NAD + + 3H 2 O + 3ATP [O 2 ]

21 PARTIE 2 : Capacité d utilisation de l O 2 - Acidose, Lactatémie Energétique cellulaire NADH + ½O +H + +3ADP+3Pi Pi NAD +3HO+3ATP 2 + 3ATP O 2 NAD + NADH H + ATP ADP Pi

22 PARTIE 2 : Capacité d utilisation de l O 2 - Acidose, Lactatémie Energétique cellulaire NADH + ½O +H + +3ADP+3Pi Pi NAD +3HO+3ATP 2 + 3ATP O 2 NAD + NADH H + ATP ADP Pi

23 PARTIE 2 : Capacité d utilisation de l O 2 - Acidose, Lactatémie Que reflète l hyperlactatémie d effort en normo/hypoxie Normoxie Normoxie Hypoxie (FiO 2 14%) Hypoxie (FiO 2 14%) Hughson RL et al. J Appl Physiol (1995) 79(4):

24 PARTIE 2 : Capacité d utilisation de l O 2 - Acidose, Lactatémie Que reflète l hyperlactatémie d effort en normo/hypoxie NE Normoxie NE Hypoxie Epi Normoxie Epi Hypoxie Hughson RL et al. J Appl Physiol (1995) 79(4):

25 CONCLUSIONS Muscle et dyspnée, rôle de l altitude O O 2 2 O 2 O 2 O 2 O 2 NAD + NADH H + ATP ADP Pi O2 O 2 O 2 O 2 O 2 O 2 Catécholamines O 2

26 CONCLUSIONS Muscle et dyspnée, rôle de l altitude Limitation de la disponibilité et de la diffusion de l O 2 MUSCLE? Hypoxie / Exercice DYSPNEE Augmentation de la glycolyse H +, Lactate Maintenir le niveau énergétique ATP NAD + Catécholamines ADP NADH

27 Muscle et Dyspnée du Sportif Rôle de l Altitude R RICHARD, S Doutreleau, E Lonsdorfer-Wolf Service de Physiologie et des Explorations Fonctionnelles. Nouvel Hôpital Civil de Strasbourg, Strasbourg Cedex. Institut de Physiologie E.A Université Louis Pasteur Strasbourg, Faculté de Médecine, Strasbourg. Ruddy.Richard@physio-ulp.u-strasbg.fr