ADAPTATION CARDIO-VASCULAIRE Á L’EXERCICE MUSCULAIRE M1 Santé 2005-2006 Professeur Alain Nitenberg

Généralités

Différence Artério - Veineuse Consommation d'Oxygène Contenu Artériel en Oxygène 19 mL/100mL de Sang VP OG VG Ao Coeur Gauche Différence Artério - Veineuse en Oxygène ≃ 4 mL/100 mL de sang Consommation d'Oxygène ≃ 200 mL/min Poumons Circulation Systémique Coeur Droit AP VD OD Contenu Veineux Mêlé en Oxygène: 15 mL/100mL de Sang VCS VCI

Extraction d'Oxygène du Sang Artériel L'Apport en Oxygène Extraction d'Oxygène du Sang Artériel Veine Artère Veine Contenu O2 19 mL/100 mL de Sang Contenu O2 16 mL/100 mL de Sang Capillaires MUSCLE

Exercice Musculaire Muscle Squelettique Système Circulatoire Poumons QCO2 QO2 FC VES FR VC Activité Musculaire Transport O2 et CO2 Ventilation

≃ 5 ± 1 L/min 3,3 ± 0,3 L/min/m2 Débit Cardiaque Index Cardiaque Volume d'Éjection Systolique x Fréquence Cardiaque 70 mL x 70 batt/min ≃ 5 ± 1 L/min Index Cardiaque Débit Cardiaque / Surface Corporelle 3,3 ± 0,3 L/min/m2

Exercice 20L/min Repos 5L/min 76% 16% 5% 5% 8% 5% 15% 3,5% 22% 4% 28% Muscle Strié Squelettique 16% 5% Myocarde 5% 8% Peau 5% 15% Repos 5L/min Cerveau 3,5% 22% Rein 4% 28% Circulation Hépato-splanchnique 5,5% 6% Reste 1%

Débit Cardiaque = FC x VES Muscle Squelettique Système Circulatoire Poumons QCO2 QO2 FC VES FR VC Activité Musculaire Transport O2 et CO2 Ventilation Débit Cardiaque = FC x VES VO2 DAVO2

Exercice VO2 = QC x DAVO2 CaO2 = Cte CvO2 DAVO2 Débit Cardiaque VO2

Sources de l'Oxygène Musculaire Extraction de l'oxygène du sang artériel Contenu en Oxygène (mL/100mL de sang) 20 15 10 5 Artère Veine Artère Veine REPOS EXERCICE Oxygène fixé sur la myoglobine

Coeur Gauche Coeur Droit Le Cycle Cardiaque VG OG VP OD VCS VCI VD AP Poumons Circulation Systémique OD VCS VCI VD AP Coeur Gauche Coeur Droit Ao Volume Télédiastolique Diastasis Éjection Ventriculaire Télésystolique Relaxation Isovolumique Remplissage Rapide Le Cycle Cardiaque Contraction Systole Auriculaire

Performance Ventriculaire Post-Charge Ao AP OG Fréquence Cardiaque OD VG VD Contractilité Pré-Charge

Ventriculographie Gauche Diastole Systole

≃ 120 mL ≃ 80 mL/m2 ≃ 70 mL ≃ 45 mL/m2 ≃ 60% ≃ 50 mL ≃ 35 mL/m2 Volume Télédiastolique ≃ 120 mL ≃ 80 mL/m2 Volume d'Éjection Systolique ≃ 70 mL ≃ 45 mL/m2 Fraction d'Éjection ≃ 60% Télésystolique ≃ 50 mL ≃ 35 mL/m2

La Relation Pression-Volume: Le Travail Cardiaque PTS PTD Volume Pression VTS VTD Travail d'Éjection

Performance Contractile Fraction d'Éjection Retour Veineux Performance Contractile Volume d'Éjection Systolique Volume Télésystolique Volume Télédiastolique Fraction d'Éjection Impédance Aortique Viscosité du Sang, Accélération, Compliance Artérielle, Résistances Systémiques

Retour Veineux et Débit Cardiaque: La Loi de Starling 100 50 Stimulation Sympathique B Base Insuffisance Cardiaque Volume d'Éjection Systolique (mL) 2 4 6 8 10 12 -2 Pression Télédiastolique (mmHg) 16 24 -0 VD VG PTD 40 20 80 30 120 Travail d'Éjection Systolique (gm/m2) 14 2 4 6 8 10 12 -2 Pression Télédiastolique (mmHg) A VD 16 24 -0 VG Volume VD & VG VTD PTD

Retour Veineux et Débit Cardiaque Débit Veineux et Débit Cardiaque (L/min) Débit Veineux et Débit Cardiaque (L/min) Exercice 5 10 15 20 5 10 15 20 Exercice Remplissage Repos Repos Insuffisance Cardiaque -2 2 4 6 8 10 12 14 16 -2 2 4 6 8 10 12 14 16 Pression Télédiastolique du Ventricule Droit (mmHg) Pression Télédiastolique du Ventricule Droit (mmHg) A B

75% Veines et Capillaires Artères 10% Système Capacitatif ou 2% Coeur Droit 4% Coeur Gauche 4% Système Capacitatif ou à Basse Pression Système Résistif ou à Haute Pression Veines et Capillaires 75% Artères 10%

Dépression Intrathoracique Baroréflexes, Chémoréflexes, Réflexes cardio-pulmonaires, Réflexes musculaires Retour Veineux Diaphragme Ventilation Veines Splanchniques Muscle Strié Contraction musculaire Débit Cardiaque Veines Cutanées Température locale, Thermorégulation, Réflexes respiratoires, Émotion

Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Échangeur Na+ - H+ Na+ - K+ ATPase Échangeur Na+ - Ca2+ Pompe Ca2+ Na+ H+ 3Na+ 1Ca2+ 2Ca2+ AT1 2K+ 2Na+ IP3 a1 Ca2+ Réticulum Sarcoplasmique AMPc Récepteurs Adrénergiques b1 Ca2+ Ca2+ b2 M Ca2+ A I C T Proteines Contractiles ATP

Performance Contractile PRESSION Ets A Pression B Ets PTS PTS APV EP WE PTD Relation pression- PTD volume passive Vo VTS VTD VTS VTD Volume VOLUME

Repos Exercice APV APV Ets Ets EP WE EP WE Pression Pression Volume PTS PTS PTS APV APV EP WE EP WE PTD PTD PTD Vo VTS VTD Vo VTS VTS VTD VTD Volume Volume

Travail d'Éjection Travail d'Éjection Volume Télédiastolique ≃ 120 mL ≃ 80 mL/m2 Volume d'Éjection Systolique 70 mL ≃ 45 mL/m2 Fraction d'Éjection ≃ 60% Télésystolique ≃ 50 mL ≃ 35 mL/m2 PTS PTD VTS VTD Volume Pression Travail d'Éjection Volume Télédiastolique Fraction d'Éjection Télésystolique Performance Contractile Retour Veineux Impédance Aortique Viscosité du Sang, Accélération, Compliance Artérielle, Résistances Systémiques Volume d'Éjection Systolique PTS PTD VTS VTD Volume Pression Travail d'Éjection

Système Nerveux Autonome et Adaptation à l’Exercice

Résistances Vasculaires % des Valeurs de Repos EXERCICE 250 Débit Cardiaque 200 Pression Artérielle 150 Repos Débit Cardiaque Sympathectomie Pression Artérielle 100 50 Résistances Vasculaires Systémiques - 1 1 2 3 4 5 Minutes Guyton. Circulation 1981; 64: 1079-1088.

Coeur et Système Nerveux Autonome NTS Barorécepteurs + Chémorécepteurs PS S Ach Ach NA Ach Ach Noeud Sinusal A & NA Médullosurrénale a b A & NA

Fréquence Cardiaque et Système Nerveux Autonome (Chien) Fréquence Cardiaque (bpm) 300 250 200 150 100 50 Repos Atropine Exercice Exercice + Béta-bloquant

Augmentation de la Fréquence Cardiaque PVG PVG POG POG

Vaisseaux et Système Nerveux Autonome NTS PS S Barorécepteurs + Chémorécepteurs Orthosympathique Ach NA NA a b Ach a Ach b Ach Adrénaline Artérioles Périphériques Noradrénaline0 Ach M M Ach Parasympathique Médullosurrénale NA Orthosympathique a a Système Veineux NA Adrénaline Noradrénaline

Sièges de la Vasomotricité Musculaire Capillaires Sphincter Pré-capillaire Artériole Artère Système Nerveux Autonome Métabolites Locaux: PO2, PCO2, pH, Lactate, K+ Osmolalité

Vaisseaux Capacitatifs Système Orthosympathique Noradrénaline Résistances Vasculaires Systémiques a a Retour Veineux Artérioles Reins, Muscles au repos, Splanchniques Vaisseaux Capacitatifs Splanchniques

Les Récepteurs Adrénergiques des Vaisseaux Musculaires b b a Artérioles Artères Proximales

NO RELAXATION M Acétylcholine Cellules Endothéliales Membrane Basale Contrainte de Cisaillement Flux sanguin Longitudinale M NO Cellules Endothéliales Membrane Basale RELAXATION Cellule Musculaire Lisse Adventice Acétylcholine Parasympathique

Flamm et coll. Circulation 1990; 81: 1550-1559. 200 150 100 Fréquence Cardiaque (bpm) 50 220 180 140 Pression Artérielle Systolique (mmHg) 100 45 30 15 Consommation d'Oxygène (mL/kg/min) 400 300 200 Débit Cardiaque (% Base) 100 Repos 50% Max 75% Max 100% Max Immediat 5 min 15 min EXERCICE REPOS Flamm et coll. Circulation 1990; 81: 1550-1559.

Flamm et coll. Circulation 1990; 81: 1550-1559. 115 110 105 Volume Télédiastolique (% Base) 100 45 35 25 Volume Télésystolique (% Volume Télédiastolique) 15 45 30 15 Volume d'Ejection Systolique (% de Variation) 85 75 65 Fraction d'Ejection (%) 55 Repos 50% Max 75% Max 100% Max Immediat 5 min 15 min EXERCICE REPOS Flamm et coll. Circulation 1990; 81: 1550-1559.

Variations du Volume Sanguin 140 120 100 Thorax (% de Base) Abdomen (% de Base) 100 80 100 80 Membres Inférieurs (% de Base) 60 Repos 50% Max 75% Max 100% Max 5 min 15 min EXERCICE REPOS Flamm et coll. Circulation 1990; 81: 1550-1559.

Flamm et coll. Circulation 1990; 81: 1550-1559. 130 120 110 Coeur (% de Base) 100 160 140 120 Poumons (% de Base) 100 160 Bases des Poumons (% de Base) 140 120 100 175 150 125 Sommet des Poumons (% de Base) 100 Repos 50% Max 75% Max 100% Max 5 min 15 min EXERCICE REPOS Flamm et coll. Circulation 1990; 81: 1550-1559.

Flamm et coll. Circulation 1990; 81: 1550-1559. 125 Rate (% de Base) 100 75 50 110 Foie (% de Base) 100 90 80 115 Reins (% de Base) 100 85 70 105 100 95 Intestins (% de Base) 90 Repos 50% Max 75% Max 100% Max 5 min 15 min EXERCICE REPOS Flamm et coll. Circulation 1990; 81: 1550-1559.

Dérive Cardio-vasculaire Augmentation de la Fréquence Cardiaque Diminution du Volume d'Éjection Systolique Diminution de la Pression Veineuse Centrale (Pression de l'Oreillette Droite) Diminution de la Pression Artérielle Volume Sanguin Circulant Constant Pas de Fatigue Cardiaque

Dérive Cardio-vasculaire Température Extérieure Sudation Température Centrale Débit Sanguin Cutané Ach VIP Hypothalamus Vasodilatation Cutanée RÉSISTANCES VASCULAIRES SYSTÉMIQUES NTS S PS DÉBIT CARDIAQUE CONSTANT Fréquence Cardiaque Volume d'Éjection Systolique PRESSION ARTERIELLE Système Orthosympathique Débit Musculaire

En Résumé

Adaptation du Débit Cardiaque Pas de Capteurs Veineux de PO2 et de PCO2 PaO2 = Constante Diminution de la PaCO2 FEEDBACK MUSCULAIRE CONTRÔLE MÉTABOLIQUE

+ Stimulus Nerveux S PS NTS Noeud Vaisseaux Sinusal Périphériques Orthosympathique NA Muscle Strié Mécanorécepteurs Chémorécepteurs a b a b M Adrénaline M Ach Noradrénaline Parasympathique Noeud Sinusal Vaisseaux Périphériques Médullosurrénale

Noeud Sinusal Vaisseaux Périphériques NTS S PS Barorécepteurs Orthosympathique NA a b a b M Adrénaline M Ach Noradrénaline Parasympathique Noeud Sinusal Vaisseaux Périphériques Médullosurrénale Rénine Adrénaline

DÉBIT CARDIAQUE Retour Veineux Débit Local Gradient de Pression Activité Mécanique Métabolisme Local NTS PS S a b Résistances Vasculaires Systémiques Vaisseaux Capacitatifs Splanchniques Vénoconstriction Débit Local Gradient de Pression Périphérie-Oreillette Droite Retour Veineux Fréquence Cardiaque Volume d'Éjection Systolique DÉBIT CARDIAQUE