Physiologie de l'effort : Théorie
Cette section aborde les principes fondamentaux de la physiologie de l'effort, incluant l'évaluation de la capacité physique, la régulation cardiovasculaire, les seuils d'intensité et les adaptations métaboliques.
Évaluation de la Capacité Physique
1900 : Début des recherches sur la consommation d'oxygène (O2).
1927 : Introduction du concept de VO2max par Archibald Vivian Hill.
1964 : Découverte des seuils ventilatoires par Wasserman.
1979 : Identification des seuils lactiques.
Fréquence Cardiaque (FC)
La fréquence cardiaque est un indicateur clé de l'adaptation cardiovasculaire à l'effort.
Définition : Représente le nombre de battements cardiaques (contractions du myocarde) par minute (bpm).
Rôle : Détermine l'intensité relative d'un exercice et exprime l'adaptation du débit cardiaque et des échanges gazeux (O2).
Évolution : Varie avec l'intensité de l'exercice, de manière linéaire ou exponentielle.
Paramètres influençant la FC
Sexe, âge, antécédents sportifs.
Température ambiante, état nutritionnel et hydrique.
Émotions (nervosité, appréhension), fatigue et surentraînement.
Niveau et type de pratique sportive.
FC de repos : Mesurée allongée (3-5 min), varie entre 60-65 bpm.
Méthodes de mesure de la FC
Électrocardiographe (ECG) : Détecte les variations de champ électrique via des électrodes.
Méthode de Holter : Appareil portable pour une mesure sur 24 heures.
Cardiofréquencemètre : Couramment utilisé pendant l'exercice.
Rythme Cardiaque
Le rythme cardiaque est généré par un système électrique complexe.
Génération : Succesion de complexes électriques (ondes) générés par le tissu nodal (cellules cardioectrices).
Contrôle : Le nœud sinusal dicte le rythme et la régularité.
Propagation du PA : Via le nœud auriculo-ventriculaire, le faisceau de His et les fibres de Purkinje, conduisant à la contraction des cellules cardiomyocytes (couplage excitation-contraction).
Régulation du Rythme Cardiaque
Mécanisme de conduction électrique intrinsèque : Via le nœud sinusal.
Système endocrinien : Libération hormonale.
Système nerveux autonome :
Fréquence Cardiaque Maximale (FCmax)
Correspondance FC et Intensité d'Effort
Fréquence Cardiaque de Réserve (FCR)
La FCR permet de mieux estimer l'intensité réelle de l'effort en tenant compte de la FC de repos.
Définition : Amplitude des battements cardiaques entre la FC de repos et la FCmax.
Formule : FCR = FCmax - FC repos.
Utilité : Supprime les différences individuelles liées à l'âge.
Formule de Karvonen (FC de travail) : undefined \text{DC (L/min)} = \text{FC (bpm)} \cdot \text{VES (L)} " data-type="inline-math">$ Exemple : FC = 72 bpm, VES = 70 ml/battement (0,07 L/battement) DC = 72 * 0,07 = 5,04 L/min.
Caractéristiques du DC
Augmente linéairement avec l'intensité.
Atteint son maximum en même temps que le VO2max.
Peut être multiplié par 5 à 6 durant l'exercice.
DC de repos : 4,2 à 5,6 L/min.
DC à l'exercice maximal : 20-25 L/min (sédentaire), 35-40 L/min (sportif).
La position du corps modifie le DC (1-2 L/min de moins en position debout par rapport à couchée).
L'apport d'O2 aux muscles actifs dépend du DC et de la différence de concentration en O2/CO2 entre le sang artériel et veineux.
Entraînement : 5 répétitions de 3 minutes à 90-100% du VO2max augmentent le DC.
Volume d'Éjection Systolique (VES)
Volume sanguin expulsé par le ventricule gauche à chaque battement.
Valeurs :
Repos : 70-90 ml (sédentaire), 125 ml (sportif).
Effort : 120-140 ml (sédentaire), jusqu'à 200 ml (athlète).
Influencé par l'intensité de l'exercice et la position du corps.
Augmente légèrement jusqu'à 50-60% du VO2max.
Chez l'athlète, un VES plus élevé permet un apport sanguin plus important par battement par rapport au sédentaire, pour une même puissance donnée.
Paramètres déterminant le VES
La Précharge :
Pression de remplissage par le sang et degré d'étirement du myocarde.
Dépend du retour veineux : plus il est important, plus le VES est élevé.
Selon la Loi de Frank-Starling : plus le volume de sang avant l'éjection est grand, plus la contraction est forte.
Facteurs influençant la précharge : débit cardiaque, volume sanguin, action de pompe des muscles thoraciques (diaphragme), taille du cœur, position, tonus veineux.
Lien avec la cohérence cardiaque : un rythme cardiaque plus lent au repos favorise un meilleur retour veineux.
La Postcharge :
La Contractilité Cardiaque :
Vitesse et efficacité de contraction du myocarde.
Stimulée par le SN sympathique, l'adrénaline et l'angiotensine II (qui augmente la disponibilité du Ca²⁺ et la formation de ponts actine-myosine).
Inhibée par le SN parasympathique, les bêta-bloquants, l'acidose et l'hypoxie.
La Fréquence Cardiaque :
Débit Sanguin (DS ou Q)
Volume sanguin s'écoulant dans un organe par minute (ml/min).
Équation de Fick
Lien entre ressources énergétiques et consommation d'O2.
</p><ulclass="tight"data−tight="true"><li><pstyle="text−align:left;"><strong>CaO2−CvO2</strong>:Diffeˊrencedeconcentrationarteˊrio−veineuseenO2.Plusl′O2estcapteˊdanslelitcapillaire,moinsilrested′O2danslesangveineux.</p></li><li><pstyle="text−align:left;"><strong>Qsysteˊmique</strong>:VO2pulmonaire/(CaO2−CvO2).</p></li><li><pstyle="text−align:left;"><strong>Valeurs</strong>:</p><ulclass="tight"data−tight="true"><li><pstyle="text−align:left;">DStotalaurepos:5L/min.</p></li><li><pstyle="text−align:left;">DSmusculaireaurepos:0,8L/min.</p></li><li><pstyle="text−align:left;">DSmusculaireaˋl′effortintense:<spandata−latex="±"data−type="inline−math"></span>10L/min.</p></li><li><pstyle="text−align:left;">DStotalaˋl′effortintense:18L/min.</p></li></ul></li></ul><pstyle="text−align:left;">Unmanqued′O2du^aˋuneperfusionsanguineinadeˊquate(mauvaiseredistributionduDS)soulignel′importanced′unebonnerespirationdurantl′effort.</p><h3style="text−align:left;">ConsommationMaximaled′Oxygeˋne(VO2max)</h3><ulclass="tight"data−tight="true"><li><pstyle="text−align:left;">Augmentelineˊairementavecl′intensiteˊ.</p></li><li><pstyle="text−align:left;">Savaleurmaximaleresteconstanteme^mesil′intensiteˊaugmente.</p></li><li><pstyle="text−align:left;">Atteinteaˋlapuissancecorrespondantaˋla<strong>PMA</strong>.</p></li><li><pstyle="text−align:left;"><strong>Deˊfinitionphysiologique</strong>:Capaciteˊmaximaleaˋutiliserl′O2capteˊparlespoumons,transporteˊparlesysteˋmecardiovasculaire,etutiliseˊparlessysteˋmeseˊnergeˊtiquesauniveaumitochondrial.</p></li><li><pstyle="text−align:left;">LaVO2maxestatteinteme^mesilavitesse/intensiteˊestaugmenteˊeau−delaˋdecepoint.</p></li><li><pstyle="text−align:left;"><strong>Entraı^nementdelaVO2max</strong>:Intensiteˊsaˋ100 \mathrm{H}^+ + \mathrm{HCO}_3^- \rightarrow \mathrm{H}_2\mathrm{CO}_3 \rightarrow \mathrm{CO}_2 + \mathrm{H}_2\mathrm{O} " data-type="inline-math">$ L'excès de CO2 est éliminé par l'équivalent respiratoire de CO2, augmentant ainsi la ventilation.
L'augmentation de H⁺ (diminution du pH) stimule la ventilation. Le tamponnement diminue la concentration de HCO3⁻, ce qui stimule la ventilation et régule le pH. Le rejet de CO2 devient supérieur à la consommation d'O2.
Seuils Physiologiques et Entraînement Sportif
Les sensations corporelles (système somesthésique) servent de repères perceptifs.
Anatomie Cardiaque
Anatomie Externe du Cœur
Circulation Sanguine
Circulation Pulmonaire (petite circulation) :
Circulation Systémique (grande circulation) :
Vaisseaux Sanguins
Artères : Transportent le sang en l'éloignant du cœur. Elles se divisent en artérioles, puis en capillaires.
Veines : Acheminent le sang des organes vers le cœur. Les capillaires se réunissent en veinules, puis en veines.
Les veines caves inférieure et supérieure ramènent le sang à l'oreillette droite.
Valves Cardiaques
Les valves assurent le flux unidirectionnel du sang.
Sang et Échanges Gazeux
Composition et Volumes Sanguins
Volume sanguin total : 5,5 L.
Plasma : 3 L (7% protéines, 91,7% eau, 1,5% autres solutés comme électrolytes, nutriments, gaz, hormones, déchets.).
Érythrocytes (globules rouges) : 2,5 L (cellules anucléées, transport de l'O2 grâce à l'hémoglobine).
Leucocytes et Thrombocytes : Volume négligeable (globules blancs pour l'immunité, plaquettes pour la coagulation).
Hémoglobine (Hb)
Protéine du transport de l'O2.
Composée de 4 chaînes protéiques de globine, chacune avec un hème (pigment rouge) et un atome de fer fixant l'O2.
Réaction : .
Hématocrite
Pourcentage de globules rouges par rapport au volume sanguin total.
Valeur normale : 45% chez l'homme, 42% chez la femme.
Plus élevé chez l'homme car la testostérone stimule la sécrétion d'érythropoïétine (EPO).
Facteurs de Baisse du Taux d'Hb et d'Hématocrite
Problèmes respiratoires ou cardiaques.
Hémorragie externe ou anémie hémorragique.
Manque d'O2 (hypoxie) en altitude.
Anémie ferriprive (apport insuffisant en fer).
Anémie hémolytique (déformation ou destruction excessive des érythrocytes, ex: drépanocytose, surentraînement).
Érythropoïèse
Production d'érythrocytes dans la moelle osseuse active (ex: fémur).
Stimulée par l'EPO, une hormone sécrétée par les reins.
Nécessite fer, acide folique et vitamine B12.
Mécanisme de Stimulation par l'Hypoxie Tissulaire
L'hypoxie tissulaire est identifiée par les cellules rénales, qui augmentent la sécrétion d'EPO.
L'EPO stimule la moelle osseuse à produire des précurseurs (érythroblastes), qui deviennent des réticulocytes, puis des érythrocytes matures.
L'augmentation des érythrocytes améliore le transport d'O2, ce qui rétablit l'équilibre homéostatique et fait disparaître le stimulus hypoxique.
Cycle Cardiaque et Conduction Électrique
Cycle Cardiaque (2 Phases)
À l'effort intense, la durée du cycle cardiaque peut être réduite de 60%.
Conduction Électrique Intrinsèque
Assurée par des cellules cardionectrices qui génèrent et propagent le potentiel d'action (PA).
Nœud sinusal (sino-atrial) : Crée le PA.
Nœud auriculo-ventriculaire : Relais le PA.
Faisceau de His : Propagateur du PA.
Fibres de Purkinje : Atteignent l'ensemble des myocytes.
Myofibres cardiaques : Se contractent en réponse.
La conduction est plus lente dans le nœud auriculo-ventriculaire pour permettre la fin de la contraction atriale avant la contraction ventriculaire.
Électrocardiogramme (ECG)
Onde P : Dépolarisation atriale/auriculaire.
Complexe QRS : Dépolarisation ventriculaire (contraction).
Onde T : Repolarisation ventriculaire.
Intensité du QRS : Plus forte car les ventricules ont une masse musculaire plus importante.
La fibrillation est une contraction anarchique du myocarde. Un pacemaker artificiel est implanté si le signal électrique est trop lent.
Phonocardiogramme (Bruits du Cœur)
1er bruit : Basse tonalité, fort. Fermeture des valves auriculo-ventriculaires au début de la systole ventriculaire.
2ème bruit : Fort, court. Fermeture des valves pulmonaires et aortiques au début de la diastole ventriculaire.
Volumes Sanguins d'un Cycle Cardiaque
Volume Télédiastolique (VTD) : Sang dans le ventricule en fin de diastole (130 ml).
Volume Télésystolique (VTS) : Sang restant dans le ventricule après l'éjection systolique (60 ml).
Volume d'Éjection Systolique (VES) : Sang éjecté par battement. </p></li></ul><h3style="text−align:left;">Pression,DeˊbitetReˊsistanceSanguine</h3><ulclass="tight"data−tight="true"><li><pstyle="text−align:left;"><strong>Pression</strong>:Forceexerceˊeparlesangsurlesparoisdesvaisseaux(diminueens′eˊloignantducœur).</p></li><li><pstyle="text−align:left;"><strong>Deˊbit(Eˊcoulement)</strong>:Mouvementdusangdeszonesdehautepressionversleszonesdebassepression,etsousl′effetdelapressionhydrostatique.</p></li><li><pstyle="text−align:left;"><strong>Reˊsistance</strong>:Frottementsdusangcontrelui−me^meetcontrelesparoisdesvaisseaux(ralentissementdanslescapillairespourfavoriserleseˊchanges).</p></li></ul><pstyle="text−align:left;">ComplianceetPressionArteˊrielle</p><ulclass="tight"data−tight="true"><li><pstyle="text−align:left;"><strong>Compliancearteˊrielle</strong>:Capaciteˊdesarteˋreseˊlastiques(aorte)aˋsedistendre(emmagasinerlapressionensystole)etreprendreleurforme(maintenirlapressionendiastole),agissantcommedesreˊservoirs.</p></li><li><pstyle="text−align:left;"><strong>PressionArteˊrielle(PA)</strong>(mmHg):</p><ulclass="tight"data−tight="true"><li><pstyle="text−align:left;"><strong>Pressionsystolique</strong>:Maximale(<spandata−latex="±"data−type="inline−math"></span>120mmHg)lorsdel′eˊjection.</p></li><li><pstyle="text−align:left;"><strong>Pressiondiastolique</strong>:Minimale(<spandata−latex="±"data−type="inline−math"></span>80mmHg)lorsduremplissage.</p></li><li><pstyle="text−align:left;"><strong>PAmoyenne</strong>:<spandata−latex=" \text{PA Moyenne} = \text{PA diastolique} + \frac{1}{3} (\text{PA systolique} - \text{PA diastolique}) " data-type="inline-math"></p></li></ul></li></ul><pstyle="text−align:left;">MesuredelaPressionArteˊrielle(MeˊthodeAuscultatoire)</p><olclass="tight"data−tight="true"><li><pstyle="text−align:left;">Gonflerlebrassardau−dessusdelaPAsystoliquepourstopperledeˊbit.</p></li><li><pstyle="text−align:left;">Deˊgonflerdoucement:lorsquelapressiondubrassardestinfeˊrieureaˋlasystolique,l′arteˋres′ouvre(bruitsaudibles−Korotkoff).</p></li><li><pstyle="text−align:left;">Continueraˋdeˊgonfler:bruitss′atteˊnuent.</p></li><li><pstyle="text−align:left;">Lorsquelapressionatteintladiastolique,lesbruitsdisparaissentcarlefluxredevientcontinuetnonturbulent.</p></li></ol><pstyle="text−align:left;">Contro^ledelaPressionArteˊrielle</p><pstyle="text−align:left;">AssureˊparleSysteˋmeNerveuxCentral(SNC)auniveaudubulberachidien.</p><ulclass="tight"data−tight="true"><li><pstyle="text−align:left;"><strong>Baroreˊcepteurs</strong>(aortiquesetcarotidiens):Sensiblesaˋlatensionsurlesparoisarteˊrielles.</p></li><li><pstyle="text−align:left;"><strong>Cheˊmoreˊcepteurs</strong>(aortiquesetcarotidiens):Sensiblesauxvariationsd′O2,CO2etpH.</p></li><li><pstyle="text−align:left;"><strong>DeˊbitCardiaque</strong>:ReˊguleˊparleSysteˋmeNerveuxAutonome(SNA).</p></li></ul><pstyle="text−align:left;">EffetsduSNAsurlaPressionArteˊrielle</p><tablestyle="min−width:50px;"><colgroup><colstyle="min−width:25px;"><colstyle="min−width:25px;"></colgroup><tbody><tr><tdcolspan="1"rowspan="1"><pstyle="text−align:left;">EffetduSNSympathique</p></td><tdcolspan="1"rowspan="1"><pstyle="text−align:left;">EffetduSNParasympathique</p></td></tr><tr><tdcolspan="1"rowspan="1"><pstyle="text−align:left;">Augmentelacontractiliteˊ</p></td><tdcolspan="1"rowspan="1"><pstyle="text−align:left;">Diminuelacontractiliteˊ</p></td></tr><tr><tdcolspan="1"rowspan="1"><pstyle="text−align:left;">Diminueletempsdeconduction</p></td><tdcolspan="1"rowspan="1"><pstyle="text−align:left;">Augmenteletempsdeconduction</p></td></tr></tbody></table><pstyle="text−align:left;">LeSNparasympathiqueapeud′effetdirectsurlacontractionventriculaire.</p><pstyle="text−align:left;">SysteˋmeCoronarien</p><ulclass="tight"data−tight="true"><li><pstyle="text−align:left;">Irriguelemyocardevialesarteˋrescoronairesetlesvaisseaux.</p></li><li><pstyle="text−align:left;">Lesangveineuxretourneparlesinuscoronaireaˋl′oreillettedroite.</p></li><li><pstyle="text−align:left;"><mark>Obstruction</mark>:Peutcauseruninfarctusdumyocarde(crisecardiaque).</p></li></ul><pstyle="text−align:left;">DiffusionSanguine</p><ulclass="tight"data−tight="true"><li><pstyle="text−align:left;">Lasurfaced′eˊcoulementdusangaugmentejusqu′auxcapillaires,tandisquelavitessed′eˊcoulementdiminue.</p></li><li><pstyle="text−align:left;">Ceciaugmenteletempsd′eˊchangepourlesnutrimentsetlesgazentrelesangetlestissus.</p></li><li><pstyle="text−align:left;">Danslesveinulesetveines,lavitessed′eˊcoulementaugmenteetlasurfacedesectiondiminue,retournantaˋlanormale.</p></li></ul><h3style="text−align:left;">Respiration</h3><pstyle="text−align:left;">VentilationPulmonaire(MeˊcaniqueRespiratoire)</p><ulclass="tight"data−tight="true"><li><pstyle="text−align:left;"><strong>Inspiration(active)</strong>:Augmentationduvolumethoraciqueparcontractiondudiaphragme(descend)etdesmusclesintercostauxexternes(souleˋvementdesco^tes/sternum).</p></li><li><pstyle="text−align:left;"><strong>Expiration(passive)</strong>:Levolumethoraciquediminueparrela^chementdesmuscles,abaissementdesco^tes/sternumetremonteˊedudiaphragme.</p></li></ul><pstyle="text−align:left;">MobiliteˊdesVolumesd′AirPulmonaires(Mesure:Spiromeˋtre)</p><ulclass="tight"data−tight="true"><li><pstyle="text−align:left;"><strong>VolumeCourant(VC)</strong>:Volumemobiliseˊparcyclerespiratoire(<spandata−latex="±"data−type="inline−math"></span>500ml).</p></li><li><pstyle="text−align:left;"><strong>VolumedeReˊserveInspiratoire(VRI)/Exspiratoire(VRE)</strong>:Volumesmobiliseˊsparlesmusclesaccessoires.</p></li><li><pstyle="text−align:left;"><strong>VolumeReˊsiduel(VR)</strong>:Volumerestantapreˋsexpirationforceˊe.</p></li><li><pstyle="text−align:left;"><strong>CapaciteˊVitale(CV)</strong>:Totaliteˊdesvolumesmobilisables(<spandata−latex="±"data−type="inline−math"></span>4,5L).</p></li><li><pstyle="text−align:left;"><strong>CapaciteˊReˊsiduelleFonctionnelle(CRF)</strong>:Volumepulmonaireenfind′expirationnormale(volumederepos).</p></li><li><pstyle="text−align:left;"><strong>CapaciteˊPulmonaireTotale(CPT)</strong>:Sommedetouslesvolumesmesureˊs.</p></li><li><pstyle="text−align:left;"><strong>DeˊbitVentilatoire(VE)</strong>:<spandata−latex="VE (L/min)=VC (L)×Freˊquence respiratoire (Nb/min)"data−type="inline−math"></span>.</p></li></ul><pstyle="text−align:left;">VoiesAeˊriennes</p><ulclass="tight"data−tight="true"><li><pstyle="text−align:left;"><strong>Supeˊrieures</strong>:Caviteˊnasale,buccale,pharynx,larynx(zonedeconductionetacheminementdel′air).</p></li><li><pstyle="text−align:left;"><strong>Infeˊrieures</strong>:Tracheˊe,bronches,bronchioles(zoned′eˊchange).</p></li></ul><pstyle="text−align:left;">Lazonerespiratoire(bronchiolesterminalesetalveˊoles)preˊsenteuneaugmentationrapidedessurfacesd′eˊchangeetunediminutiondelavitessedecirculationdel′air.</p><pstyle="text−align:left;">Alveˊole</p><ulclass="tight"data−tight="true"><li><pstyle="text−align:left;">Uniteˊfonctionnellepulmonaire(<spandata−latex="±"data−type="inline−math"></span>300millions).</p></li><li><pstyle="text−align:left;">Surfaced′eˊchangecomparableaˋundemi−terraindetennis.</p></li><li><pstyle="text−align:left;">Preˊsencede<strong>surfactant</strong>quifaciliteleseˊchangesgazeuxetreˊduitlestensionsdesurface.</p></li></ul><h3style="text−align:left;">EˊchangesGazeuxPulmonaires</h3><pstyle="text−align:left;">Eˊchangedegazentrelespoumonsetlesang(alveˊolesetcapillairespulmonaires)pardiffusionpassive.</p><pstyle="text−align:left;">ParameˋtresdesEˊchangesGazeux</p><olclass="tight"data−tight="true"><li><pstyle="text−align:left;">Surfacedisponible.</p></li><li><pstyle="text−align:left;">Distancedediffusion.</p></li><li><pstyle="text−align:left;">Variationsdepressiondanslesespacesanatomiques.</p></li></ol><pstyle="text−align:left;">LoisdesGaz</p><ulclass="tight"data−tight="true"><li><pstyle="text−align:left;"><strong>LoideDalton</strong>:Lapressiontotaled′unmeˊlangedegazestlasommedespressionspartiellesdechaquegaz.</p><ulclass="tight"data−tight="true"><li><pstyle="text−align:left;">Air:O2(20,93 \text{CG} = \frac{\text{IG} \times \text{quantité de glucides (g)}}{\text{100}} " data-type="inline-math">$
CG bas : 0-10
CG modéré : 11-19
CG élevé : 20+
Un aliment à IG élevé provoque une réponse glycémique rapide et importante.
Effet "Rebond Hypoglycémique"
La prise de glucides à IG élevé avant l'effort provoque une augmentation rapide de la glycémie, suivie d'une forte libération d'insuline.
En début d'effort, cette quantité importante de glucose sanguin est captée par l'insuline, ce qui peut entraîner une hypoglycémie pendant l'exercice.
Recommandation : Ne pas ingérer de glucides simples juste avant l'effort ; commencer la prise alimentaire après le début de l'effort.
Protéines et Acides Aminés
Les protéines sont des enchaînements d'acides aminés (AA).
11 AA non essentiels, 8 AA essentiels (ex: Isoleucine, Leucine, Valine).
L'alimentation doit assurer le remplacement des AA pour équilibrer le turnover (renouvellement).
Apport recommandé : 0,8 g/kg/jour pour un sédentaire.
Balance Protéique Nette
L'équilibre protéique est maintenu quand la synthèse = dégradation.
Conseils pour l'Apport Protéique chez le Sportif
1,5 g/kg/jour, 3 à 4 heures avant l'entraînement.
Apport rapide de protéines et glucides après l'entraînement (ratio 3/1).
Repas solide dans les 4 heures suivant l'effort ("fenêtre métabolique").