introduction adaptation

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Helmi BEN SAAD(MD, PhD)

[email protected]

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 ?


Position allongée:Pas d’accumulation Sang

Retour veineux facilité

VES de repos: allongée > debout


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


a) Loi de Frank-Starling« plus la paroi ventriculaire estétirée ,

plus le ventricule est capablede développer une forceimportante, lors de lacontraction suivante»


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?


50 bpm 55 bpm 60 bpm

↑↑↑↑ FC: compensationChute du VES

Objectif: Q.C constant


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

.

.


.VA = (VT-VD) x FR

VA/Q

REPOSdiff(A-a)O 2 = 10 mmHg

Shunts anatomiques : 4 mmHg

Inégalités VA/Q : 6 mmHg


. .

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


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

introduction adaptation

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