Fiche de révision : Adaptations physiologiques à l'entraînement aérobie

📋 Plan du Cours

1. Adaptations cardiovasculaires morphologiques à l’entraînement aérobie
2. Adaptations fonctionnelles du débit cardiaque à l’exercice
3. Modifications du débit sanguin musculaire et vascularisation induites par l’entraînement
4. Régulation du débit cardiaque maximal et limites physiologiques
5. Adaptations respiratoires à l’entraînement : volumes, ventilation et diffusion pulmonaire
6. Extraction tissulaire d’oxygène et différence artério-veineuse en réponse à l’entraînement
7. Adaptations musculaires mitochondriales et capillaires liées à l’entraînement aérobie
8. Modifications des substrats énergétiques et seuils lactiques avec l’entraînement
9. Effets de l’entraînement sur le quotient respiratoire et la consommation d’oxygène à l’exercice

📖 1. Adaptations cardiovasculaires morphologiques à l’entraînement aérobie

🔑 Notions clés & Définitions

• Hypertrophie cardiaque : Augmentation physiologique de la masse et du volume du cœur en réponse à la charge de travail imposée, caractérisée par un épaississement harmonieux des parois myocardiques et une augmentation des dimensions des quatre cavités, particulièrement du ventricule gauche.
• Entrainement anaérobie : % de fibres 2 > % de fibres 1 < par rapport à des sédentaires ou des sportifs endurants b – Typologie musculaire 123 ▪ Entrainement anaérobie entraine une augmentation des fibres 2a au dépend des 2 autres types de fibres Esjö rsson et al.
• Adaptations morphologiques : Introduction 9 Pratique sportive régulière et modérée Bénéfique pour le système cardiovasculaire
• Adaptations à l’entraînement : métaboliques  Adaptations à l’entraînement de force ▪ Facteurs (

📝 Points essentiels

• L’entraînement aérobie entraîne une hypertrophie physiologique du cœur avec augmentation harmonieuse de la masse et du volume des quatre cavités, particulièrement du ventricule gauche.
• La masse du ventricule gauche chez les sportifs d’endurance dépasse en moyenne de 45% celle des sédentaires.
• L’augmentation du diamètre interne et de l’épaisseur des parois ventriculaires améliore la capacité de remplissage et la force de contraction du cœur.
• Les adaptations morphologiques sont corrélées à la consommation maximale d’oxygène (VO2max) et à la puissance maximale aérobie (PMA).
• Cœur normal Hypertrophie physiologique Diamètre (mm) Epaisseur (mm) NE 45-50 7-10 E 50-60 10 à 12 12 -Milliken, M.
• MVG : masse ventricule gauche Fagard, R.

💡 À retenir

L’entraînement aérobie provoque une hypertrophie cardiaque physiologique qui optimise la capacité mécanique du cœur à pomper le sang, base essentielle de l’amélioration des performances d’endurance.

📖 2. Adaptations fonctionnelles du débit cardiaque à l’exercice

🔑 Notions clés & Définitions

• Fréquence cardiaque : Maximums 50 100 150 VO2 absolue Fréquence cardiaque (bpm) Repos Non-entraînés
• Débit cardiaque (Q) : 3 – Le débit cardiaque ▪ Q de repos indépendant du niveau d’entrainement → 5 L/min .

📝 Points essentiels

• Le volume d’éjection systolique augmente significativement avec l’entraînement aérobie, tant au repos qu’à l’exercice maximal.
• Le débit cardiaque maximal est largement augmenté chez les sujets entraînés, pouvant atteindre 40 L/min chez les très entraînés.
• Le débit cardiaque au repos reste stable et indépendant du niveau d’entraînement, autour de 5 L/min.
• La fréquence cardiaque maximale est limitée par des afférences nerveuses myocardiques et diminue légèrement à l’exercice sous-maximal chez les entraînés en raison d’une meilleure extraction d’oxygène.
• Normaux 790 490-1080 Lutteurs et sauteurs en hauteur 782 610-920 Nageurs, footballeurs et joueurs de tennis 876 605-1130 Skieurs, coureurs de fond et nageurs 923 645-1180 Cyclistes professionnels 1100 880-1460 17 2ème partie: les adaptations fonctionnelles 18 1 – Le volume d’éjection systolique ▪  du VES avec l’entrainement aérobie : conséquence des adaptations morphologiques VES repos (mL) VES max (mL) NE 55-75 80-110 E 80-90 130-150 Très entrainés 100-120 160-200 Non-entraînés Entraînés Intensité (% VO2max)0 50 100 150 VES (ml/battement)

💡 À retenir

L’entraînement aérobie améliore la fonction cardiaque en augmentant le volume d’éjection et le débit cardiaque maximal, ce qui permet une meilleure distribution sanguine lors de l’exercice intense.

📖 3. Modifications du débit sanguin musculaire et vascularisation induites par l’entraînement

🔑 Notions clés & Définitions

• De capillaires : Vaisseaux sanguins microscopiques dont le nombre et la densité augmentent dans les muscles entraînés, ce qui améliore la perfusion sanguine des tissus musculaires.
• 𝐶𝑎𝑂2 − 𝐶𝑣𝑂2 : Le système de transport de l’oxygène (équation de Fick) Facteurs de transport sanguin (circulatoire) = directement influencés par les adaptations du système cardiovasculaire 52 ሶ 𝑉𝑂2 = 𝐹𝐶 × 𝑉𝐸𝑆 × 𝐷𝑎𝑣𝑂2 ሶ 𝑉𝑂2
• Balance circulatoire : Redistribution optimisée de la masse sanguine entre les organes et muscles, améliorée par l'entraînement pour privilégier l'apport sanguin aux muscles actifs.
• Volume sanguin total :  du volume sanguin total (adaptations hématologiques) Armstrong RB, Laughlin MH (1984).
• Vasodilatation locale :  de la vasodilatation locale (ouverture de nouveaux capillaires dits fonctionnels) 3.

📝 Points essentiels

• L'entraînement augmente la densité capillaire dans les muscles actifs, améliorant la perfusion tissulaire.
• La vasodilatation locale favorise l'ouverture de nouveaux capillaires fonctionnels pendant l'exercice.
• Le volume sanguin total augmente avec l'entraînement, contribuant à une meilleure capacité de transport de l'oxygène.
•  du volume sanguin total (adaptations hématologiques) 40 5 – La pression artérielle ▪ Peu de modification avec l’entrainement en endurance : on ne peut pas différencier un sujet entraîné d’un sujet non-entraîné par l’appréciation de la pression artérielle 41 6 – Le volume sanguin et le contenu en hémoglobine ▪  du volume sanguin total Participe à l’ du VES avec l’entrainement : + de sang dans l’organisme = + de sang pour remplir les cavités cardiaques A – Le volume sanguin total 42 ▪  du volume sanguin total à l’entrainement principalement due à une  du volume plasmatique ▪ 2 mécanismes:
  •  production ADH et aldostérone (favorise la rétention d’eau)
  •  concentration en protéines plasmatiques (albumine)  pression osmotique du milieu sanguin qui entraine un appel d’eau (osmose) 43 ▪  du volume global de globules rouges mais dans des proportions moindres / au volume plasmatique B – Le contenu total en hémoglobine 44 = volume relatif des éléments figurés dans le sang (Eléments figurés : 99% de globules rouges) ▪ L’hématocrite représente le % des éléments figurés dans le sang C – Le niveau d’hématocrite : globules rouges / globules rouges + volume plasmatique Ht=(h/H)×100 45 ▪ Avec l’entrainement:
  •  du nombre de GR <<<  du volume plasmatique Ht (%) NE Homme 40-43 NE Femme 37-39
• Amélioration de la redistribution de la masse sanguine (balance circulatoire) 4.

💡 À retenir

L'entraînement augmente la densité capillaire dans les muscles actifs, améliorant la perfusion tissulaire.

📖 4. Régulation du débit cardiaque maximal et limites physiologiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Sports à haute intensité : Mieux comprendre la performance pour mieux l'entraîner.
• Ischémie cardiaque : Condition résultant d'une insuffisance du flux sanguin vers le muscle cardiaque, que la régulation de la fréquence cardiaque vise à prévenir.
• Afférences nerveuses myocardiques : Voies nerveuses qui participent à la régulation de la fréquence cardiaque maximale pour maintenir un flux sanguin myocardique adéquat et éviter l'ischémie.
• Limits maximal : Cardiac output limits maximal oxygen consumption, but what limits maximal cardiac output?

📝 Points essentiels

• Le débit cardiaque maximal est le produit du volume d’éjection systolique par la fréquence cardiaque maximale.
• L’amélioration de la VO2max par l’entraînement est principalement liée à l’augmentation du débit cardiaque maximal.
• Le temps passé à plus de 90% de la fréquence cardiaque maximale est le principal facteur d’amélioration de la VO2max.
• 54 Le principal facteur d'amélioration de V’O2max est le temps passé à plus de 90 % de la Fcmax.

💡 À retenir

Le débit cardiaque maximal est le produit du volume d’éjection systolique par la fréquence cardiaque maximale.

📖 5. Adaptations respiratoires à l’entraînement : volumes, ventilation et diffusion pulmonaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Capacité vitale (CV) : Volume maximal d'air pouvant être expiré après une inspiration maximale, qui augmente peu avec l'entraînement.
• Volume résiduel (VR) : Volume d'air restant dans les poumons après une expiration maximale, qui diminue légèrement avec l'entraînement.
• Volumes pulmonaires : Différents volumes d'air contenus dans les poumons, incluant la capacité vitale, le volume résiduel et la capacité pulmonaire totale, qui sont peu modifiés par l'entraînement.
• Adaptations du système : Modifications physiologiques du système respiratoire induites par l'entraînement, visant à améliorer l'efficacité ventilatoire et les échanges gazeux, notamment lors d'efforts maximaux.

📝 Points essentiels

• L'entraînement aérobie n'altère que peu les volumes pulmonaires, la capacité vitale et la capacité pulmonaire totale restant inchangées.
• La fréquence respiratoire au repos et lors d'exercices sous-maximal diminue légèrement, indiquant une meilleure efficacité pulmonaire.
• La ventilation maximale augmente notablement à l'exercice maximal, grâce à l'augmentation du volume courant et de la fréquence respiratoire.
• La diffusion pulmonaire ne change pas au repos ou lors d'exercices sous-maximal, mais s'améliore à l'exercice maximal par augmentation de la capillarisation et du flux sanguin pulmonaire.

💡 À retenir

Les adaptations respiratoires à l'entraînement optimisent l'efficacité ventilatoire et les échanges gazeux principalement lors d'efforts maximaux, soutenant la demande accrue en oxygène.

📖 6. Extraction tissulaire d’oxygène et différence artério-veineuse en réponse à l’entraînement

🔑 Notions clés & Définitions

• Différence artério-veineuse : Différence entre la concentration en oxygène dans le sang artériel et veineux, reflétant l'extraction d'oxygène par les tissus musculaires, qui augmente avec l'entraînement, particulièrement à l'exercice maximal.
• Journal of Applied Physiology : Revue scientifique spécialisée dans la publication d'études sur la physiologie de l'exercice et les adaptations physiologiques à l'entraînement.
• Cardiac output : Volume de sang pompé par le cœur par minute, qui limite la consommation maximale d'oxygène (VO2max) mais n'est pas directement modifié par l'entraînement dans ce contexte.

📝 Points essentiels

• L'entraînement augmente la différence artério-veineuse en oxygène, reflétant une meilleure extraction musculaire, surtout à l'exercice maximal.
• La diffusion alvéolo-capillaire n'est pas modifiée au repos ou lors d'exercices sous-maximaux, mais s'améliore à l'exercice maximal par augmentation du nombre d'alvéoles impliquées, de la capillarisation et du flux sanguin pulmonaire.
• 108 b – La VO2 à l’exercice maximal.

💡 À retenir

L'entraînement aérobie accroît la capacité des muscles à extraire l'oxygène du sang, optimisant ainsi l'utilisation de l'oxygène disponible pour la production d'énergie.

📖 7. Adaptations musculaires mitochondriales et capillaires liées à l’entraînement aérobie

🔑 Notions clés & Définitions

• Entrainement aérobie : Un haut niveau d’entrainement spécifique et rigoureux pour développer leur endurance cardiorespiratoire 7 ▪ Amélioration des qualités d’endurance en réponse à un entrainement aérobie = résultat d’un certain nombre d’adaptations : cardiovasculaires, respiratoires, musculaires et métaboliques BBBB Antoine BOUVET Laboratoire « Mouvement Sport Santé » Université
• Biogenèse mitochondriale : L’intensité est le principal stimulateur de la biogenèse mitochondriale, tandis que le volume gouverne la croissance capillaire.

📝 Points essentiels

• L'intensité de l'entraînement est le principal stimulateur de la biogenèse mitochondriale dans les muscles.
• Le volume d'entraînement gouverne la croissance capillaire musculaire, augmentant la densité capillaire.
• L'entraînement augmente la taille et le nombre des mitochondries, améliorant la capacité oxydative et l'efficacité enzymatique mitochondriale.
• Les adaptations mitochondriales et capillaires contribuent à une meilleure endurance musculaire et capacité oxydative.
• 81 4 – La teneur en myoglobine 82 ▪ Rappels:
  • Myoglobine = molécule musculaire, aux caractéristiques structurales et fonctionnelles proches de l’hémoglobine, qui fixe l’O2
  • Assure la navette de l’O2 entre la membrane cellulaire et les mitochondries
  • Contenu en grande quantité dans les fibres 1 (couleur rouge)
  • Au début de l’exercice, la myoglobine relargue l’O2 pour approvisionner les mitochondries avant que le SCV ne soit fonctionnel Réserve en O2 83 ▪  du contenu en myoglobine de 75 à 80% avec l’entrainement aérobie 84 5 – La fonction mitochondriale 85 ▪ Rappels:
  • Mitochondrie = siège de la production d’énergie d’origine aérobie
  • Aptitude à produire l’ATP par la voie oxydative dépend du nombre, de la taille et de l’efficience des mitochondries ▪ Avec l’entrainement aérobie:
  • Adaptations au niveau des mitochondries qui améliorent la capacité des fibres musculaires à produire de l’ATP
  • Modifications structurales : Nombre + Taille
  • Modifications fonctionnelles : Efficience 86 ▪ Modifications structurales :  du nombre de mitochondries (15% ) et de leur dimensions (27%)
  • Essentiellement dans les fibres 1
  • Adaptations liées à la quantité d’entrainement aérobie 87 ▪ Modifications fonctionnelles :  de l’activité enzymatique oxydative
  • Succinate déshydrogénase (SDH) : +25% avec 20’/j de CaP par rapport à sujets non entraînés
  • Citrate synthase (CS) Brooks, G.
• Fourniture O2 = facteur limitant principal de VO2 max et de la perf aérobie, non la capacité oxydative mitochondriale  VO2 max avec l’entraînement est donc à attribuer essentiellement à  du débit sanguin maximal et à  de la densité capillaire au niveau des muscles.

💡 À retenir

81 4 – La teneur en myoglobine 82 ▪ Rappels: • Myoglobine = molécule musculaire, aux caractéristiques structurales et fonctionnelles proches de l’hémoglobine, qui fixe l’O2 • Assure la navette de l’O2 entre la membrane cellulaire et les mitochondries • Contenu en grande quantité dans les fibres 1 (couleur rouge) • Au début de l’exercice, la myoglobine relargue l’O2 pour approvisionner les mitochondries avant que le SCV ne soit fonctionnel Réserve en O2 83 ▪  du contenu en myoglobine de 75 à 80% avec l’entrainement aérobie 84 5 – La fonction mitochondriale 85 ▪ Rappels: • Mitochondrie = siège de la production d’énergie d’origine aérobie • Aptitude à produire l’ATP par la voie oxydative dépend du nombre, de la taille et de l’efficience des mitochondries ▪ Avec l’entrainement aérobie: • Adaptations au niveau des mitochondries qui améliorent la capacité des fibres musculaires à produire de l’ATP • Modifications structurales : Nombre + Taille • Modifications fonctionnelles : Efficience 86 ▪ Modifications structurales :  du nombre de mitochondries (15% ) et de leur dimensions (27%) • Essentiellement dans les fibres 1 • Adaptations liées à la quantité d’entrainement aérobie 87 ▪ Modifications fonctionnelles :  de l’activité enzymatique oxydative • Succinate déshydrogénase (SDH) : +25% avec 20’/j de CaP par rapport à sujets non entraînés • Citrate synthase (CS) Brooks, G.

📖 8. Modifications des substrats énergétiques et seuils lactiques avec l’entraînement

🔑 Notions clés & Définitions

• Seuils lactiques : Points d'intensité d'exercice où la concentration de lactate sanguin commence à augmenter rapidement, indiquant une transition vers une production accrue de lactate; ces seuils sont augmentés après entraînement, avec une lactatémie plus faible à une intensité donnée, reflétant une meilleure capacité oxydative.
• Oxydation des lipides : Processus métabolique par lequel les acides gras sont dégradés dans les mitochondries pour produire de l'énergie, favorisé par l'entraînement aérobie, ce qui permet d'épargner le glycogène musculaire pendant l'exercice.
• Substrats énergétiques : Sources d'énergie utilisées par le muscle pendant l'exercice, incluant le glycogène musculaire, les triglycérides et les acides gras libres, dont les stocks et l'utilisation sont augmentés par l'entraînement.
• Entrainement de force : Type d'entraînement visant à augmenter la capacité musculaire à produire de la force, entraînant une hypertrophie des fibres musculaires et, dans certaines conditions, une augmentation du nombre de fibres musculaires (hyperplasie).

📝 Points essentiels

• L'entraînement augmente les stocks musculaires de glycogène et de triglycérides, améliorant la disponibilité énergétique.
• Les seuils lactiques sont élevés après entraînement, avec une lactatémie plus faible à intensité donnée, reflétant une meilleure utilisation oxydative du lactate.
• L'entraînement favorise une plus grande oxydation des lipides, épargnant le glycogène musculaire pendant l'exercice.
• Le liquide rejoint le secteur vasculaire après qq heures Hypertrophie chronique  du volume musculaire après un entrainement de force prolongé Modifications structurales (hypertrophie et/ou hyperplasie des fibres musculaires) 151 a – Hypertrophie des fibres musculaires ▪ Nombre de fibres musculaires fixé dès la naissance ou peu après Reste pratiquement stable tout au long de la vie ▪ Hypertrophie des fibres s’explique par:
  •  nombre de myofibrilles
  •  nombre de filaments d’actine et myosine
  •  volume sarcoplasmique
  •  tissu conjonctif 152 ▪ Hypertrophie musculaire résulte d’une  de la synthèse protéique dans le muscle
  • le contenu protéique évolue en permanence (dégradation/synthèse)
  • à l’exercice:  synthèse et  dégradation
  • en récupération: la synthèse protéique devient prédominante
  • apport en G et P immédiatement après l’exercice peut limiter la dégradation protéique et rendre la balance azotée plus positive ▪ Rôle +++ de la téstostérone dans ces adaptations
  • après un entrainement de force avec une  relative de force identique, l’ du volume est plus importante chez les hommes que chez les femmes
  • la prise de stéroides anabolisant associée à un entraînement conduit à une  marquée de la masse musculaire 154 b – Hyperplasie des fibres musculaires ▪ Hyperplasie = augmentation du nombre de cellules musculaires ▪ Rôle de l’hyperplasie des fibres musculaires dans l’hypertrophie musculaire → nombreuses controverses
  • modèles expérimentaux (animal, humain)
  • programmes d’entrainement (durée, intensité, modalités...) Une hyperplasie musculaire semble possible mais seulement dans certaines conditions Croissance musculaire Récupération musculaire (lésions) Entraînement de force (intensité extrême) Comment ces nouvelles fibres musculaires peuvent-elles apparaître?
• CHO 99 ▪ Explications :
  •  des réserves musculaires en TG
  • • grande libération des AGL par le TA ( la disponibilité des lipides comme substrats)
  •  de l’activité des enzymes responsables du transport et de la dégradation des acides gras : LHS (lipase hormono sensible) et enzymes de la beta- oxydation

💡 À retenir

L'entraînement augmente les stocks musculaires de glycogène et de triglycérides, améliorant la disponibilité énergétique.

📖 9. Effets de l’entraînement sur le quotient respiratoire et la consommation d’oxygène à l’exercice

🔑 Notions clés & Définitions

• Quotient respiratoire : Rapport entre le volume de dioxyde de carbone produit et le volume d'oxygène consommé, utilisé pour estimer la proportion de substrats énergétiques métabolisés.

📝 Points essentiels

• Le quotient respiratoire diminue à l’exercice sous-maximal après entraînement, indiquant une meilleure utilisation des acides gras comme substrats.
• Le quotient respiratoire augmente à l’exercice maximal, reflétant une hyperventilation accrue et un rejet important de CO2.
• La consommation d’oxygène au repos reste inchangée après entraînement.
• À intensité relative donnée, la consommation d’oxygène à l’exercice sous-maximal est stable ou légèrement diminuée, traduisant une meilleure efficacité métabolique et mécanique.
• ▪ Au repos, la VO2 reste inchangée après un entrainement aérobie ▪ A l’exercice sous-max d’intensité relative donnée, VO2 inchangée ou légèrement 
• amélioration de l’efficacité métabolique
• amélioration de l’efficacité mécanique ( mouvements parasites)
•  coût énergétique
• perte de poids .
• La relation FC/intensité relative est indépendante de l’entrainement 28 C – La FC à l’exercice maximal

💡 À retenir

L’entraînement aérobie optimise l’utilisation des substrats énergétiques et améliore l’efficacité métabolique, modifiant le quotient respiratoire et la consommation d’oxygène selon l’intensité d’exercice.

📅 Repères chronologiques

📊 Tableaux de Synthèse

Adaptations cardiovasculaires à l'entraînement

⚠️ Pièges & Confusions Fréquentes

1. Confondre hypertrophie physiologique et pathologique du cœur
2. Sous-estimer l'impact de l'entraînement anaérobie sur la typologie musculaire
3. Ignorer l'importance de la densité capillaire dans la performance musculaire
4. Confondre volume pulmonaire et capacité pulmonaire totale
5. Minimiser l'effet de l'entraînement sur la diffusion pulmonaire à l'exercice maximal
6. Supposer que la VO2max ne varie pas avec l'entraînement
7. Nier l'importance de la biogenèse mitochondriale dans l'endurance

✅ Checklist Examen

1. Vérifier la présence d'hypertrophie physiologique du cœur
2. Comparer la masse ventriculaire gauche chez sportifs et sédentaires
3. Évaluer l'augmentation du volume sanguin total après entraînement
4. Analyser l'évolution de la densité capillaire musculaire
5. Contrôler la variation du quotient respiratoire à l'exercice
6. Vérifier l'amélioration de la diffusion pulmonaire lors d'efforts maximaux
7. Étudier la différence artério-veineuse en oxygène après entraînement
8. Observer la croissance mitochondriale et capillaire dans les muscles