3 ème partie L3- APA Adaptations cardiovasculaires à l exercice I Organisation générale du système cardio-vasculaire 1) Organisation générale du système cardiovasculaire * L appareil cardiovasculaire (système de transport de toutes les matières essentielles) contribue à l homéostasie = équilibre organisme Appareil cardio-vasculaire = cœur + vaisseaux sanguins principales fonctions Transport : * apport 0 2 et nutriments à chaque cellule * élimination C0 2 et déchets métaboliques * transport des hormones (glandes endocrines aux organes cibles) Régulation : température et ph corporels Prévention : conservation volume liquidien normal Circulation pulmonaire Basse pression Petite circulation poumons Schéma résumr sumé du système cardiovasculaire Cœur droit Longueur totale ~160 000km Cœur gauche Circulation systémique Haute pression Grande circulation Veine cave inférieure et supérieure Veines Aorte Artères organes Veinules Capillaires Artérioles Microcirculation:échanges entre sang et muscle 1
II Adaptations cardiaques 1) Organisation générale du coeur Oreillette droite OD OG Oreillette gauche Valvule Mitrale Valvules tricuspides VG ventricule gauche Ventricule droit VD Septum interventriculaire Apex Le cœur possède un automatisme (cœur isolé perfusé continue à battre) Le cœur est innervé par le Système Nerveux Autonome Innervation cardiaque Sympathique Centres nerveux supérieurs Parasympathique (vagal) les paramètres étudiés La fréquence cardiaque (FC, battmin -1 ) Nombre de contraction du myocarde par minute FC repos = 75 battmin -1 acétylcholine acétylcholine Noyau du nerf vagal Le volume d éjection systolique (VES, ml) Volume de sang éjecté par un ventricule à chaque battement (contraction) du myocarde VES repos = 70 ml Moelle épinière Noradrénaline Nœud sinusal du coeur acétylcholine Myocarde Bulbe rachidien le débit cardiaque (Q, Lmin -1 ) Volume de sang éjecté par chaque ventricule en 1 minute Q = FC x VES Q repos = 5,25 Lmin -1 Le volume télédiastolique (VTD, ml) Volume de sang dans un ventricule à la fin de son remplissage VTD repos = 120 ml Le volume télésystolique (VTS, ml) Volume de sang dans un ventricule à la fin de son éjection VTS repos = 50 Ml VES = VTD VTS 2) Le débit cardiaque Le volume pompé par chaque ventricule par minute est appelé débit cardiaque Qc, et est exprimé en lmin -1 Au repos Qc = VES x FC lmin -1 l bpm Qc Qc = 008 X 70 = 56 lmin -1 A l exercice = 30 à 35 lmin -1 Le contrôle du débit cardiaque est un élément essentiel de l irrigation tissulaire 2
3) Contrôle du débit cardiaque Par la précharge (= P dans le VG en fin de diastole) Contrôle du VES & loi du cœur de Starling Loi de Starling: le muscle cardiaque, comme un autre muscle, augmente sa force de contraction quand il est étiré préalablement Par la post-charge = P régnant dans l aorte avant la systole & contre laquelle le VG va lutter (frein à l éjection) Si PA élevée, Vol de sang pouvant être éjecté dans les artères OU + de sang reste dans les ventricules en fin de systole ventriculaire + volume diastolique est grand + cellules contractiles sont étirées + force de contraction de la systole suivante est grand Exemple: une augmentation d arrivée de sang veineux au cœur (retour veineux) entraîne automatiquement une augmentation du débit cardiaque en distendant le ventricule et en augmentant le volume systolique VTS & VES Post-charge -négligeable au repos - augmente à l effort -important en cas d hypertension artérielle Par le système nerveux autonome & hormone adrénaline Nerfs sympathiques et adrénaline l augmentation de la force de contraction indépendante d un changement de longueur de la fibre du myocarde: contractilité Résumé Principaux facteurs influençant le VES Volume systolique= VES VES vitesse de contraction relaxation des ventricules Inotropisme = Augmentation de la contractilité Activité sympathique + Acétylcholine -> Noradrénaline Inotropisme Hormone, adrénaline, Volume ventriculaire télédiastolique Loi de Starling Volume systolique= VES Volume ventriculaire télédiastolique Loi de Starling Précharge Postcharge Régulation du Débit Cardiaque Débit cardiaque = VES x FC inotropisme Ardénaline Activité sympathique Acétylcholine -> Noradrénaline Contractilité Fréquence cardiaque FC: effets chronotrope Activité parasympathique Acétylcholine-> Acétylcholine Récepteur nicotinique 4) Adaptations cardiaques à l exercice a) La FC 1- FC à l exercice rectangulaire sous-maximal Fréquence cardiaque Accélération rapide de FC dès le début de l exo (05s) Plateau FC d équilibre = bonne adaptation à l effort Stimulation d origine nerveuse et humorale Stimulation d origine nerveuse temps Atteinte d un plateau en 1-2min Plus l intensité est élevée plus le plateau est long à atteindre 3
Origine des adaptations de FC à l exercice Exemples de causes de variation du SNA Début exercice / hypoxie : [O 2 ] & [CO 2 ] Cœur isolé FC ~100 batt min -1 au repos : influence parasympathique >> influence sympathique (paroi des vaisseaux sanguins) Stimulation chémorécepteurs (tonus vagal) FC repos ~75 batt min -1 SNC autonome Stress àl exercice : influence parasympathique influence sympathique Et Q = FC x VES FC Q stimulation fibres sympathiques inhibition fibres parasympathiques FC Q 2- FC à l exercice triangulaire maximal 1/ FC augmente linéairement avec l intensité jusqu à FC max FC max = 220 âge ± 10% FC max = 210 (065 x âge) ± 10% 2/ La pente de la relation FC/VO2 varie avec le niveau d entraînement FCmax Fréquence cardiaque - entraîné + entraîné Notion d incompétence chronotropique (pathologie sous-jacente: maladie coronarienne, neuropathie ) Réponse inadéquate de la FCmax à l exercice FCmax mesurée ne correspond pas à FCmax théorique! vitesse 3- FC à la récupération b) VES 1- Evolution du VES selon l intensité de l exercice - FC ne retourne pas immédiatement à sa valeur de repos : reste élevée quelques secondes après l arrêt de l effort - Diminution plus rapide avec entraînement Bon témoin de l aptitude cardio-vasculaire! 120 ml VES 60 ml Sujet sédentaire en position debout VESmax Valeurs H Sédentaire Repos : 50-60 ml Max : 120 ml H sportif Repos : 80-110 ml Max : 200 ml - Attention : variation avec chaleur, altitude etc 40-60% de VO2max VO2max Intensité VES max = 2 x VES repos (position debout) 4
2- Mécanismes responsables de l augmentation de VES à exercice? Intensités < 50% de VO2max retour veineux (pompe musculaire & respi) Recrutement du sang des viscères (redistribution sanguine) Loi de Starling VES = VTD - VTS VTD SNS Inotropie VTS VES VES c) Le débit cardiaque à l exercice Qc = VES x FC 1- Exercice rectangulaire sous-maximal Qc (lmin -1 ) 25 Repos Exercice Récupération 20 15 10 5 Intensités > 50% de VO2max 0 0 5 10 15 20 25 SNS FC VTD = gêne du remplissage ventriculaire Temps (min) VES 500 à 700 ms au repos Inotropie 150 ms pour une FC de 150 VTS à 200 bpm Fig Le débit cardiaque augmente rapidement pour s adapter à l intensité de l exercice 2- Exercice triangulaire maximal Qc = VES x FC 25 Qc (lmin -1 ) 20 15 10 5 Au repos Qc = 008 X 70 = 56 lmin -1 A l exercice maximal Qc= 30 à 35 lmin -1 0 0 25 50 75 100 VO 2 (%) Fig Le débit cardiaque augmente avec l intensité de l exercice jusqu à atteindre un maximum à VO 2 max Q max = Q repos X 4 (sujet sédentaire) Q max = Q repos X 8 (sujet entraîné) A faible intensité : augmentation de Qc due à augmentation de VES A intensité élevée : augmentation de Qc due à augmentation de FC d) Influence de la position du corps III Adaptations vasculaires 1) Organisation générale du système vasculaire Debout Allongé (natation) VES max = 2 x VES repos VES max = VES repos + 20 à 40% Retour veineux facilité VES repos + élevé donc élévation à l exercice moins importante! 5
La circulation du sang à travers toutes les parties du corps se produit sous l influence de pressions crées par l action de pompage du cœur 2) Evolution de la PA à l exercice PA = Pression exercée par le sang sur la paroi des artères Le débit du sang se fait toujours d une région de haute pression vers une région de basse pression P1 P2 Chiffre haut PA mesurée lors de la systole ventriculaire = PA moy = PA diastolique + 0333 (PA systolique PA diastolique) Chiffre bas = PA mesurée lors de la diastole ventriculaire PA = RPT x Q RPT : Résistances Périphériques Totales toutes les forces qui s opposent à l écoulement du sang PA = RPT x Q À l exercice triangulaire PA diastolique stable PA systolique (Q & RPT ) forces de friction entre le sang et les parois des vaisseaux Viscosité diamètre longueur PA systolique : de 120 mmhg à + de 200 mmhg - PA diastolique varie peu (7-9 mmhg) À l exercice rectangulaire prolongé PA systolique légèrement Q puis se stabilise RPT Vasodilatation au niveau des territoires actifs 2) «Pression veineuse» à l exercice La pompe musculaire (contraction des muscles squelettiques) Gradient de P faible P ~ 5 à 10 mmhg à la sortie des tissus / organes P proche de 0 mmhg à l entrée du cœur le retour veineux s oppose à la gravité Les mouvements respiratoires Différents mécanismes pour favoriser le retour veineux inspiration P cage thoracique & P abdomen sang remonte vers le cœur (Δ P) 6
3) Répartition des volumes sanguins (et des débits) Appareil cardiovasculaire répartir la masse sanguine en fonction des besoins des tissus & organes Repos Foie (27%) + rein (22%) muscle (15%) [O2] [CO2] [H + ] [ac lactique] Vasodilatation des artérioles (muscles actifs) Post-prandiale Chaleur +++ Territoires digestifs +++ Peau SNS Vasoconstriction au niveau des territoires inactifs Exercice Muscles (80%) Variation du calibre des artérioles récepteurs adrénergiques de l appareil vasculaire: α & β activité sympathique [NA] & [A] α β α β Répartition du débit d sanguin Repos : Cerveau ~ 13% Cœur ~ 4 % Reins ~ 20 % Viscères ~ 24 % Muscles squelettiques ~ 20 % vasodilatation vasoconstriction (muscle lisse artériolaire non musculaire) vasoconstriction vasodilatation (muscle lisse artériolaire / muscles squelettiques & cardiaques) Extrait du Marieb exercice : débit sanguin total Débit sanguin local peau, muscles, cœur Débit sanguin local reins, viscères Débit sanguin constant: cerveau 4) Baisse de volume plasmatique & dérive cardiaque Fréquence cardiaque Exercice rectangulaire Dérive cardiaque Plateau FC d équilibre PA [métabolites]musc t interne Volume plasmatique Exercice retour veineux Redistribution de la masse sanguine vers la peau temps S observe à l exercice prolongé (+ de 45 min) VTD VES FC pour maintenir le débit cardiaque 7