Fiche de révision : Adaptations cardiorespiratoires à l’effort

📋 Plan du Cours

1. Sang et composants vasculaires
2. Débit cardiaque et résistances
3. Organisation de l’appareil respiratoire
4. Volumes et débits pulmonaires
5. Voies énergétiques et effort
6. VO₂max et transport de l’oxygène
7. Seuils ventilatoires et lactiques
8. Cinétique et usages des tests

📖 1. Sang et composants vasculaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Hématocrite : L’hématocrite est le pourcentage du sang total occupé par les éléments figurés.

★ À maîtriser

• Le sang est constitué de plasma et d’éléments figurés.

• Le plasma comprend 92 % d’eau, 7 % de protéines plasmatiques et 1 % d’autres solutés.

• Les éléments figurés du sang sont les globules rouges, les leucocytes et les plaquettes.

• Les artérioles constituent le principal site des résistances vasculaires périphériques et régulent fortement leur diamètre par vasodilatation ou vasoconstriction.

• Les capillaires sont des zones de diffusion et d’échanges avec les tissus et possèdent peu ou pas de muscles lisses.

Compléments

• Les neutrophiles représentent 50 à 70 % des leucocytes et les lymphocytes 20 à 30 %.

• Les veines ont une grande capacitance liée à leur diamètre important et à leurs parois minces, et peuvent contenir 65 % du sang à tout moment.

• L’écoulement sanguin dépend notamment de :

  • la déformabilité des globules rouges
  • leur agrégabilité
  • leur adhérence

📖 2. Débit cardiaque et résistances

🔑 Notions clés & Définitions

• Débit cardiaque : Le débit cardiaque est la quantité de sang expulsée par le ventricule gauche dans l’aorte par unité de temps.

★ À maîtriser

📐 Formule - Le débit cardiaque vérifie $Qc = FC \times VES = \frac{\Delta P}{R}$.

• La résistance vasculaire dépend de la longueur et du rayon du vaisseau ainsi que de la viscosité sanguine.

Compléments

• La fréquence cardiaque s’exprime en battements par minute et le volume d’éjection systolique en millilitres ou en litres.

• La viscosité sanguine dépend notamment de :

  • la viscosité plasmatique
  • l’hématocrite
  • la déformabilité érythrocytaire
  • l’agrégation érythrocytaire
  • le diamètre du vaisseau
  • le débit sanguin

• L’élasticité des vaisseaux contribue à maintenir un flux sanguin continu malgré le caractère pulsatile de la fréquence cardiaque.

📖 3. Organisation de l’appareil respiratoire

🔑 Notions clés & Définitions

• Alvéoles pulmonaires : Les alvéoles pulmonaires sont les structures des poumons où ont lieu les échanges gazeux.

★ À maîtriser

• L’arbre bronchique comprend :
  • une zone de conduction
  • une zone de transition
  • une zone respiratoire

Compléments

• Le nez filtre, réchauffe et humidifie l’air inspiré.

• Le pharynx conduit l’air et les aliments, tandis que le larynx conduit l’air et empêche les aliments d’entrer dans les voies respiratoires.

• La trachée purifie, réchauffe et humidifie l’air inspiré.

• Les bronches sont des conduits reliant la trachée aux alvéoles.

📖 4. Volumes et débits pulmonaires

🔑 Notions clés & Définitions

• VEMS : Le VEMS est le volume maximal expiré pendant la première seconde d’une expiration forcée.
• Rapport de Tiffeneau : Le rapport de Tiffeneau est le rapport entre le VEMS et la capacité vitale, soit VEMS/CV.

★ À maîtriser

• Le volume courant est de 500 ml.

• La capacité vitale est de 4 800 ml, la capacité inspiratoire de 3 600 ml et la capacité résiduelle fonctionnelle de 2 400 ml.

📌 Un rapport VEMS/CV inférieur à 70–75 % est un critère d’obstruction bronchique.

Compléments

• Le volume de réserve inspiratoire est de 3 100 ml et le volume de réserve expiratoire est de 1 200 ml.

• Le volume résiduel est de 1 200 ml.

• Le DME25-75 % explore les bronches de moyen et petit calibres.

📖 5. Voies énergétiques et effort

★ À maîtriser

• L’adénosine triphosphate (ATP) est utilisée par la contraction musculaire et doit être produite par des voies métaboliques.

• Sans oxygène, le NAD+ est régénéré par la réduction du pyruvate en lactate, ce qui permet à la glycolyse de se poursuivre dans le cytosol.

• La glycolyse transforme le glucose en acide pyruvique, dont le devenir conduit au métabolisme anaérobie lactique ou au métabolisme aérobie selon l’utilisation de l’oxygène.

• La voie ATP-CP fournit une puissance très importante mais sa capacité est faible, limitée à moins de 8 à 10 secondes.

• La glycolyse anaérobie a une puissance élevée et une capacité moyenne de 90 à 120 secondes.

• La voie oxydative a une puissance faible, atteint son pic vers 140 secondes et possède une capacité très importante, pouvant durer des heures.

Compléments

• Les réserves musculaires de phosphocréatine sont de 80 à 150 mmoles par kilogramme de poids sec et varient fortement d’un sujet à l’autre.

• La reconstitution de la phosphocréatine pendant la récupération prend 2 à 5 minutes.

💡 Astuce mémo

ATP-CP, glycolyse, puis voie oxydative : la puissance baisse tandis que la capacité augmente.

📖 6. VO₂max et transport de l’oxygène

🔑 Notions clés & Définitions

• VO₂max : La VO₂max est le débit maximal d’utilisation de l’oxygène par les tissus au cours d’un exercice physique.

★ À maîtriser

• La VO₂max s’exprime en ml/kg/min ou en l/min et dépend de facteurs centraux d’apport d’oxygène et de facteurs périphériques d’utilisation de l’oxygène.

📐 Formule - L’équation de Fick relie la consommation d’oxygène au débit cardiaque et à la différence artérioveineuse en oxygène : $VO_2 = (FC \times VES) \times (CaO_2 - CvO_2)$. - Joyner et al, BJSM, 2003

• La VO₂max est limitée surtout par le débit cardiaque maximal, égal à la fréquence cardiaque maximale multipliée par le volume d’éjection systolique maximal. - Tanaka et al, JAP, 1997

Compléments

📐 Formule - Le contenu artériel en oxygène vérifie $CaO_2 = (1.34 \times Hb \times SaO_2) + (0.0031 \times PaO_2)$.

• Dans les conditions normales, la fraction d’oxygène dissoute dans le sang est négligeable dans le transport global, sauf lorsque la FiO₂ est élevée.

• Les facteurs périphériques de l’extraction musculaire de l’oxygène comprennent la densité mitochondriale et les activités enzymatiques mitochondriales.

📖 7. Seuils ventilatoires et lactiques

🔑 Notions clés & Définitions

• SV1 : Le SV1 est le seuil d’adaptation ventilatoire auquel la production d’acide lactique et l’acidose métabolique sont compensées.
• SV2 : Le SV2 correspond au seuil de décompensation de l’acidose métabolique, atteint lorsque les systèmes tampons ne suffisent plus et que les ions H⁺ augmentent tandis que le pH diminue.

★ À maîtriser

• Lors d’un effort triangulaire, les seuils ventilatoires sont repérés par un ou parfois deux décrochages des variables ventilatoires suivies, notamment VE, VE/VO₂, VE/VCO₂ et VCO₂/VO₂.

• 🔄 Lors de l’augmentation de l’intensité, les changements se succèdent ainsi :

  1. La glycolyse augmente.
  2. L’acide pyruvique augmente.
  3. L’acide lactique augmente et diffuse hors du muscle.
  4. Les concentrations sanguines de lactate et de H⁺ augmentent.
  5. Le tamponnement des H⁺ par les bicarbonates produit du CO₂ et de l’eau.
  6. La ventilation augmente.

Compléments

• L’intensité correspondant au SV1 peut être maintenue durant des heures et le SV1 est utilisé pour planifier et suivre l’entraînement d’endurance. - Beaver et coll, 1986

• Un SV1 plus élevé indique une meilleure aptitude physique aérobie.

💡 Astuce mémo

Intensité accrue → lactate et H⁺ augmentent → ventilation s’accroît.

📖 8. Cinétique et usages des tests

★ À maîtriser

• Lors d’un exercice modéré à charge constante, la consommation d’oxygène présente un délai de mise en route des processus aérobies, un déficit d’oxygène au début de l’effort et un excès de consommation après l’exercice, appelé dette d’oxygène.

• Les résultats des tests cardiorespiratoires aident à définir les intensités, les volumes et le type d’exercice d’une stratégie de réentraînement.

Compléments

• Les facteurs limitant la phase rapide de la cinétique de VO₂ peuvent être centraux, liés à l’apport d’oxygène, ou périphériques, liés à son utilisation par les muscles. - Hughson et coll, 1996

• La limitation de la phase rapide de la cinétique de VO₂ peut aussi résulter d’une action mutuelle entre le système cardiorespiratoire et les muscles squelettiques. - Tschakovsky et Hughson, 1999

• Les évaluations cardiorespiratoires peuvent mettre en évidence un problème chez une personne apparemment en bonne santé ou chez un malade et suivre l’évolution de la forme physique et de la santé cardiovasculaire et musculaire.