Adaptation à l’effort physique et à altitude… 2éme Année Licence Fondamentale Pr Lotfi ACHOUR 2012-2013

Effet de l’altitude sur la pression et l’oxygène atmosphérique Altitude en mètres Pression atmosphérique en mmHg Pourcentage de dioxygène restant 760 100 1000 674,1 88,7 2000 596,3 78,5 3000 526 69,2 3500 493,4 64,9 4000 462,5 60,9 4500 432 56,8 5000 405,4 53,3 6000 354,2 46,6 7000 308,3 40,6 8000 267,4 35,2 8848 236,3 31,1

L’ Environnement en altitude Paramètres atmosphériques  Rayonnements UV  4% par 300 m  Problème Cutanés/ophtalmiques  T  de 1°C par 150 m (à l’ombre).  Thermorégulation  Humidité  avec l’altitude  Hyper réaction bronchique  Patm.  avec l’altitude de façon exponentielle  Stress hypoxique

Effet de l’hypoxie

La baisse des performances avec l’altitude Comment s’adapter aux différentes altitudes ? : On peut noter ces règles d’or pour le sportif : ne pas monter trop vite, trop haut, pour les sommets, monter suffisamment haut pour s’acclimater, - ne pas rester trop haut, trop longtemps. Dès 1500 m, l’alpiniste doit ralentir son rythme d’ascension, sinon c’est l’épuisement. Au sommet du Mont Blanc, la pression en oxygène est 55% de la normale ; pourtant, nos possibilités physiques représentent encore 70% de notre maximum. En revanche, au-delà de 8500 m, la pression en oxygène descend à 1/3 de la normale, mais il nous reste seulement 20% de nos possibilités.

L’effet de l’effort physique Introduction Exercice physique = stress Besoins métaboliques (énergétiques) accrus Augmentation de la consommation d’O2 du système respiratoire Adaptations du système cardiovasculaire du système endocrinien

Activité modérée : 0,3 –1 l/min Consommation d’O2 Au repos: 250-300 ml/min Activité modérée : 0,3 –1 l/min Activité soutenue : 1 –2 l/min Activité intense : > 2 l/min

Adaptation endocrinienne à l’exercice

Sollicitation du système endocrinien pour maintenir l’homéostasie Adaptations endocriniennes à l’exercice Le problème: exercice 1- Accumulation de produits métaboliques 2- Mouvements d’eau entre les différents compartiments Sollicitation du système endocrinien pour maintenir l’homéostasie

3- L’augmentation de l’osmolarité sanguine stimule l’hypothalamus 2- La sudation entraîne une diminution du volume plasmatique: hémoconcentration et augmentation de l’osmolarité 4- L’hypothalamus stimule la post-hypophyse 5- La post-hypophyse sécrète l’ADH (Anti-diuretic hormone) 1- L’activité musculaire déclenche la sudation 6- Effet de l’ADH sur les reins : augmentation de la réabsorption de l’eau 7- Effet sur la volémie par action sur les sorties et correction de l’osmolarité

Antéhypophyse Exercice  GH : hormone de croissance Anabolisant : stimulation * de la croissance musculaire * activation du métabolisme des lipides (lipolyse) * sécrétion augmentée par l’exercice  GH : hormone de croissance  TSH :hormone thyréotrope FSH LH Prolactine ACTH : adrénocorticotrope

Thyroïde T3 et T4 : contrôle du métabolisme * + synthèse protéique * + taille et nombre des mitochondries * + entrée du Glc dans les cellules * + + glycolyse et de gluconéogénèse * ++ mobilisation des lipides

Glandes parathyroïde Exercice  Parathormone (PTH) Homéostasie phosphocalcique L’exercice stimule donc la formation osseuse, -par stimulation de l’absorption intestinale du Ca2+ -par inhibition de l’excrétion urinaire

Glandes surrénales  Exercice Médulla surrénalienne Adrénaline noradrénaline activité de force de contraction du cœur de la pression artérielle Vasodilatation des vaisseaux musculaires et vasoconstriction des vx cutanés et viscéraux ventilation du niveau métabolique Glycogénolyse (foie et muscle) de la libération de Glc et des AGL

Glandes surrénales  Exercice Cortex surrénalien (corticostéroïdes) Minéralocorticoïdes (aldostérone: réabsorption de Na+ et d’eau) Glucocorticoïdes (régulation de la glycémie, épargne du Glc…)

Pancréas endocrine Régulation de la glycémie Insuline glucagon Sujet entraînés Régulation de la glycémie Sujet non entraînés Chute de la glycémie Insuline de la sensibilité à l’insuline (nombre de récepteurs) Chez les sujets entraînés glucagon Evolution durant 3h de pédalage

volémie ou du débit sanguin Production des globules rouges (érythropoïèse) contrôlée par l’hormone érythropoïétine (EPO) produite par les reins. O2 au niveau des reins volémie ou du débit sanguin Sécrétion d ’EPO par les reins  Érythropoïèse dans la moelle osseuse voir adaptation à l’altitude EPO prise illégalement par certains athlètes

L’énergie nécessaire a la contraction provient, de l’hydrolyse de l’ATP à partir des phosphagénes, mais ne permet que des exercices de courte durée, c’est la glycolyse anaérobie et aérobie qui vont assurer l’énergie tant que les stocks de glucose et glycogène (hépatique et musculaire) ne sont pas épuisés.

Lors d’exercices de plus longue durée, et pour épargner les stocks de glycogène, ce sont les lipides qui vont être sollicités. Au cours d’un exercice, l’énergie provient donc de la glycolyse en premier, puis de la glycogénolyse, puis de la lipolyse, et enfin de la néoglucogenèse. Les hormones qui interviennent donc au niveau du foie pour augmenter la glycogénolyse et la néoglucogenèse de façon à maintenir une glycémie normale malgré la captation de glucose par les muscles ; elles interviennent aussi au niveau de la lipolyse (cellules adipeuses) pour augmenter la captation des AGL et leur utilisation.

Adaptation circulatoire À l’effort physique

L’adaptation à l’effort du système cardio-vasculaire consiste en une augmentation du débit cardiaque et en une variation de la distribution de la circulation. 1- Mécanismes neurovégétatifs « généraux » 2- Mécanismes régulateurs « locaux »

1- Mécanismes neurovégétatifs « généraux » Tronc cérébral 1- Mécanismes neurovégétatifs « généraux » Débit cardiaque passe de 5L/ min à 25 L/min Cortex Zones de l’hypothalamus SNA Système parasympathique Système orthosympathique Activité atténuée Activité augmentée Activité cardiaque et vasculaire Activité cardiaque

 Fc  Fc  vitesse  vitesse de conduction de conduction (AV) (AV) parasympathiques (nerf X) F sympathiques AV  Fc  Fc  vitesse de conduction (AV)  vitesse de conduction (AV)  de la contractilité au niveau atrial et ventriculaire  de la contractilité au niveau atrial Débit cardiaque = Fréquence cardiaque (Fc) x Volume d ’Ejection (VE) débit normal au repos : 5L/min Fc= 72bpm et VE = 70ml

2- Mécanismes régulateurs « locaux » Redistribution de la circulation

Régulation respiratoire durant l’exercice physique

Bulbe générateur de rythme Stimulation des M respiratoires Bulbe générateur de rythme Augmentation du rythme durant l’exercice

Réponse ventilatoire selon l’intensité de l’exercice 5 min d’exercice

Ventilation et variation des Pressions Partielles d’O2 et de CO2

Adaptation de l’organisme à l’altitude

Qu'est-ce Que L'altitude ? L'altitude se traduit par une baisse de la pression atmosphérique (en millibars ou en millimètre de mercure); plus on monte, plus la pression baisse; par exemple à 0 m d'altitude elle est de 760 mmHg, alors qu'à 4808 m elle est de 416.3 mmHg et à 8846 m de 236.3 mmHg. La pression à une certaine altitude diffère selon le climat et la saison: la pression est plus élevée en été qu'en hiver (c'est dû à la température). L'altitude se traduit aussi par la baisse de la pression d'O2 dans l'air ambiant : il y a toujours 21% d'O2 mais la quantité d'O2 baisse, car la pression atmosphérique baisse ; en altitude la température baisse aussi, jusqu'à plus de 40°C en dessous de zéro à plus de 8000 m d'altitude.

Adaptation de l’organisme à l’altitude La fréquence cardiaque augmente-t-elle au repos en fonction de l’altitude?  La fréquence cardiaque a-t-elle un retour à la normale à la fin du séjour? 

Les effets de l'altitude sur l'homme Chez l'homme, l'altitude agit surtout sur l'organisme par - la diminution de la pression partielle de l'oxygène dans l'air inspiré, - la diminution de l'air totale, - l'abaissement de la température. Il s'en suit une hyperventilation, c'est à dire une augmentation de la respiration, une tachycardie, augmentation de fréquence cardiaque, et une augmentation du nombre de globules rouges dans le sang (polyglobulie), à cause de l'hypoxie.

Modifications physiologiques La diminution de la pression d'oxygène dans l'air inspiré en altitude est compensée, à court terme, par l'augmentation des rythmes cardiaque et respiratoire et la rétention des fluides dans le corps, à long terme, par une redistribution sanguine, augmentation considérable du nombre de globules rouges permettant le transport d'oxygène par le sang, des modifications intracellulaires mal connues permettant aux cellules de s'adapter. Au-delà de 5 500 m environ, la compensation ne permet plus la survie permanente : on observe progressivement une perte des poids avec fonte musculaire, disparition de l'appétit, insomnies, maux de tête, nausées, œdème pulmonaire ou cérébral, perte de conscience.

Chaque fois que l’altitude augmente la fréquence cardiaque augmente. L’altitude modifie la fréquence cardiaque au repos en haute altitude et à la fin du séjour la fréquence cardiaque retourne à la normale. L’altitude entraîne un changement dans le fonctionnement de l’organisme, au niveau cardiaque. Cela correspond bien à une adaptation de l’organisme suite à un changement de milieu. Cela permet de compenser le manque de dioxygéne qui accompagne l’augmentation d’altitude.

FIN

A cœur ouvert ... Artères pulmonaires Artère aorte et ramifications Veine cave sup. Veine cave inf. Veines pulmonaires O.D. O.G. Valvules V.D. V.G. le myocarde Droite Gauche

Cœur divisé en 4 cavités Oreillettes droite et gauche Ventricules droit et gauche Le cœur droit est complètement séparé du cœur gauche

Valvule cardiaque Les orifices de communications entre les oreillettes et les ventricules, à savoir orifice tricuspide à droite et orifice bicuspide à gauche sont munis de valvules. Il existe un troisième type de valvule à la sortie des ventricules, dites valvules sigmoïdes, à la naissance de l’aorte (VG) et de l’artère pulmonaire (VD).

Les cellules cardionectrices génèrent spontanément des potentiels d’action qui se propagent à toutes les cellules du cœur.

Circulation dans le coeur POUMONS O2 CO2 Artères pulmonaires O. gauche V. gauche Veines pulmonaires O. droite V. droit TISSUS Veines Veines caves Aorte Artères

Innervation extrinsèque du coeur Influx sympa (centre cardioaccélérateur)  augmentation de la fréquence et de la force des contractions Influx para (centre cardio-inhibiteur)  baisse de la fréquence et de la force des contractions

Schéma général de la circulation Circulation pulmonaire Cœur droit Cœur gauche Circulation systémique

Variations de pression détectées par des récepteurs nerveux situés dans les carotides et l’aorte : les barorécepteurs. Les barorécepteurs envoient des influx nerveux au centre cardiovasculaire, centre nerveux du tronc cérébral qui contrôle la pression.

Anatomie: situation

Poumon et Plèvre Chaque poumon est recouvert de la plèvre Feuillet viscéral Feuillet pariétal Cavité pleurale

Espace intra pleurale - Pression intra pleurale = - 5 mm Hg / pression atmosphérique - Mince couche de liquide intra pleurale Épanchement d’air dans la cavité pleurale = Pneumothorax Épanchement air sang = Hémothorax Épanchement liquide air = Pleurésie

L’appareil respiratoire ou l’appareil de ventilation pulmonaire

Zone de conduction Du nez aux bronchioles Nez, cavité nasale Pharynx, Larynx Trachée Bronches  Bronchioles Fonctions: Acheminer l’air Filtrer l’air Réchauffer l’air Humidifier l’air

Zone respiratoire

Zone respiratoire Fonctions: Echanges gazeux Bronchioles terminales Alvéoles et sacs alvéolaires Membrane alvéolo-capillaire 3 couches constituent la MAC: La mb alvéolaire Paroi capillaire Lame basale

Volumes respiratoires Volumes d'air échangés lors d'une respiration normale, d'une inspiration forcée et d'une expiration forcée réserve inspiratoire (3 L) capacité vitale (5 L) volume pulmonaire total (6 L) volume courant = volume renouvelé (0,35 L) + espace mort contenu aux niveau des voies aériennes (0,15 L) (0,5 L) réserve expiratoire (1,5 L) Volume résiduel (1 L)

Phase inspiratoire 500ml, Volume courant (Vc) Contraction des m. insp. ( Diaphragme + Intercostaux ext.) Si inspiration forcée: Contraction volontaire (MI)  Volume cage thoracique  Volume pulmonaire  pression intraalvéolaire (palvéolaire < patm ) Ecoulement de l’air des zones de hautes p (envir) vers zone basses p (poumons)

Phase expiratoire phénomène passif Relâchement des muscles inspiratoires Sauf si expiration forcée: Abdominaux, Intercostaux Int  Volume alvéolaire (élasticité pulmonaire)  pression intrapulmonaire (palvéolaire > patm ) Ecoulement de l’air hors des poumons

Régulation de la ventilation au repos Au repos, Ventilation minute = 6 l.mn-1 Ventilation mn = Vc x Fr Vc: Volume courant, 0,5 l Fr: Fréquence respiratoire, 12 Amplitude respiratoire Rythme respiratoire Centres respiratoires Du bulbe rachidien et pont

Régulation de la respiration Chémorécepteurs Générateur de rythme bulbe Mécanorécepteurs pO2, pCO2 et pH