2.4 – Le cœur et les poumons au travail Chapitre 6 p. 109 - 127 Sport Books Publisher

Fitness cardiovasculaire Courir est considéré comme le programme le plus populaire de fitness cardiovasculaire. Sport Books Publisher

Objectifs 1. Permettre une compréhension des organes et des composants du corps humain qui constituent les systèmes cardiovasculaire et respiratoire. 2. Comprendre les caractéristiques des systèmes cardiovasculaire et respiratoire ainsi que leurs fonctions pour maintenir une santé physique et des performances optimales. 3. Prendre connaissance des outils utilisés pour évaluer et décrire les composantes des systèmes cardiovasculaire et respiratoire. 4. Comprendre les effets de l’entraînement sur les systèmes cardiovasculaire et respiratoire. Sport Books Publisher

Les principaux rôles du système cardiovasculaire 1. Transporter l’oxygène des poumons aux tissus. 2. Transporter le dioxyde de carbone des tissus aux poumons. 3. Transporter les nutriments du système digestif aux autres parties du corps. 4. Transporter les déchets des sites de production aux sites d’excrétion. Sport Books Publisher

Le cœur Structure : Composé de muscles striés assurant la circulation du sang dans le corps humain Composé de 4 cavités : Deux ventricules (gauche et droit)  pompent le sang dans tout l’organisme Deux oreillettes (gauche et droite)  reçoivent le sang des organes périphériques et le pompent vers les ventricules Ventricule gauche  pompe le sang vers le reste de l’organisme (est plus large et possède des parois musculaires plus fortes que le ventricule droit) Ventricule droit  pompe le sang vers les poumons Sport Books Publisher

Le cœur Trajet du flux sanguin : L’oreillette droite reçoit le sang désoxygéné des veines caves inférieure et supérieure. Le sang va de l’oreillette droite au ventricule droit et est pompé jusqu’aux poumons. L’oreillette gauche reçoit le sang oxygéné des poumons et le pompe jusqu’au ventricule gauche. Le sang est maintenant riche en oxygène et est transporté vers le reste de l’organisme via l’aorte. Sport Books Publisher

Le cœur Désoxygéné Oxygéné Trajet du flux sanguin : OREILLETTE DROITE Veine cave inférieure Veine cave supérieure OREILLETTE DROITE Valve tricuspide VENTRICULE DROIT Veines Valve de tronc pulmonaire Artère pulmonaire Capillaires Poumons Désoxygéné Veine pulmonaire Artères Oxygéné OREILLETTE GAUCHE Valve bicuspide VENTRICULE GAUCHE Valve aortique Aorte Sport Books Publisher

Cœur divisé en deux côtés : Cœur gauche Cœur droit Organes CO2 Poumons O2 Artères : cœur  organes Veines : organes  coeur Artères pulmonaires Veines pulmonaires Aorte Artères Veines Veines caves Sport Books Publisher

Circulation pulmonaire Circulation systémique O. G. V. G. POUMONS O2 CO2 O. D. V. D. TISSUS Sport Books Publisher

(a) Cavités et valves du coeur (b) Pompe sodium-potassium Le cœur (a) Cavités et valves du coeur (b) Pompe sodium-potassium Sport Books Publisher

Le cœur Fonction : Le cœur se contracte à un rythme constant, qui peut accélérer ou diminuer en fonction des besoins en sang (et en oxygène) de l’organisme. Le battement cardiaque est régulé par une impulsion électrique automatique générée par le nœud sinusal. Le nœud sinusal est un amas de fibres nerveuses situé dans la paroi de l’oreillette droite. Le nœud sinusal génère des charges électriques que l’on appelle potentiel d’action. Le potentiel d’action assure la contraction des parois musculaires du cœur. Ce potentiel d’action traverse les deux oreillettes et les deux ventricules via le nœud a-v et les fibres de Purkinje. L’oreillette se contracte avant les ventricules, ce qui permet le passage rapide du sang de l’oreillette au ventricule. Sport Books Publisher

Le cycle cardiaque finement ajusté p. 112 (a) Lorsque le cœur se relâche (diastole), les oreillettes et les ventricules se remplissent simultanément de sang. (b) Les valves mitrale et tricuspide s’ouvrent et la contraction de l’oreillette (systole) force le passage du sang vers les ventricules. (c) Lorsque les ventricules se remplissent de sang, ils se contractent, éjectant ainsi le sang vers les poumons et l’organisme. (d) L’oreillette se relâche à nouveau et se remplit à nouveau de sang. Sport Books Publisher

Le cœur Pression sanguine : C’est une importante mesure de la fonction cardiaque. Il y a deux composantes pour la mesure de la pression sanguine : La Diastole - Utilisée pour décrire la pression dans le cœur quand les ventricules sont relâchés et remplis de sang. Indicateur de la pression sanguine périphérique (la pression du sang à l’extérieur du cœur). La Systole - Pression à l’intérieur des ventricules lorsqu’ils se contractent afin de faire circuler le sang dans l’organisme. PVI : La pression normale dans l’oreillette pendant la diastole est d’environ 80 mmHg et d’environ 120 mmHg pendant la systole. Sport Books Publisher

Mesurer la pression sanguine Médecin prenant la pression sanguine d’un patient Sport Books Publisher

Le cœur Volume systolique : Quantité de sang pompée par le ventricule gauche à chaque battement cardiaque. Mesuré en millilitres. Le volume systolique typique pour un cœur normal est d’environ 70 millilitres de sang par battement. Débit cardiaque : Quantité de sang pompée chaque minute par le cœur dans l’aorte. Débit cardiaque (ml/bpm) = volume systolique (ml) x fréquence cardiaque (bpm). Sport Books Publisher

Mesurer la fréquence cardiaque On prend sa fréquence cardiaque en posant ses doigts sur le cou ou le poignet. Sentir les pulsations à l’artère carotide. (b) Sentir les pulsations à l’artère radiale. Sport Books Publisher

Le cœur Le rythme cardiaque : Nombre de battements du cœur en une minute, mesuré en battements par minute (bpm). La contraction rythmique des parois du cœur est communément appelée le battement cardiaque. La fréquence cardiaque normale d’un adulte au repos peut varier de 40 bpm chez un athlète très entraîné à 70 bpm chez une personne normale. Lors d’un exercice intense, la fréquence cardiaque peut augmenter jusqu’à 200 bpm. Fréquence cardiaque maximale = 220 – âge (années) Sport Books Publisher

Le circuit du cœur et du système cardiovasculaire p. 114 Le circuit du cœur et du système cardiovasculaire Illustration de l’intégralité du système cardiovasculaire : cœur, poumons, circulation systémique. Sport Books Publisher

Le cœur La circulation systémique : Le système circulatoire périphérique comprend les vaisseaux qui amènent le sang du cœur aux muscles et aux organes (poumons, cerveau, estomac, intestins), et ceux qui ramènent le sang vers le cœur. Tous les vaisseaux de l’organisme sont formés de cellules de muscles lisses génératrices de la contraction et du relâchement de ces derniers. Les propriétés contractiles des muscles lisses permettent aux vaisseaux sanguins de la circulation systémique de réguler et de modifier la circulation du sang dans tout l’organisme. Sport Books Publisher

Le cœur La circulation systémique : Les vaisseaux transportant le sang à partir du cœur sont appelés artères. Les artères se ramifient en petits vaisseaux appelés artérioles. Les artérioles se divisent en vaisseaux de plus en plus petits appelés capillaires. Artérioles Capillaires Artères Sport Books Publisher

Le cœur La circulation systémique, artères Capillaires : Permettent les échanges d’oxygène et de nutriments du sang vers les muscles et les organes. Favorisent l’élimination des déchets et du dioxyde de carbone résultant du métabolisme. Sport Books Publisher

Le cœur La circulation systémique, veines Lorsque le sang est acheminé vers le cœur, les capillaires se rejoignent pour former des vaisseaux plus larges nommés veinules. Les veinules se rassemblent à leur tour pour former des vaisseaux plus larges nommés veines. Sport Books Publisher

Le cœur La circulation systémique, veines (suite) Contrairement aux artères, les veines possèdent des valves qui s’ouvrent pour faciliter l’acheminement du sang vers le cœur, et qui se referment pour empêcher le reflux du sang dans la direction opposée. Le sang peut être poussé dans la veine par les muscles lisses entourant celle-ci, par la contraction de certains muscles squelettiques ou, dans une moindre mesure, par le pompage du cœur. Sport Books Publisher

La pompe du muscle squelettique Le sang allant vers le cœur ouvre les valves. Le sang partant du cœur ferme les valves. Sport Books Publisher

Le cœur Les globules rouges Aussi appelés érythrocytes. La fonction principale des globules rouges est le transport de l’oxygène des poumons jusqu’aux tissus de l’organisme et du dioxyde de carbone vers les poumons. Ils sont capables d’assurer cette fonction grâce à une substance nommée hémoglobine. Dans le sang, on trouve également les globules blancs et un fluide clair appelé plasma. Le volume occupé par les globules rouges par rapport à la quantité de sang total se nomme hématocrite (environ 45%). Sport Books Publisher

Les globules rouges Le globule rouge ou érythrocyte Sport Books Publisher

Le cœur Hémoglobine Molécule formée de protéines et de fer. Chaque molécule peut créer un lien avec quatre molécules d’oxygène afin de les transporter. La quantité d’oxygène pouvant être transportée par le sang dépend de la pression partielle d’oxygène (PO2). La différence entre la quantité d’oxygène présente dans le sang lorsqu’il quitte les poumons et lors de l’acheminement du sang vers les poumons se nomme la différence artério-veineuse d’oxygène (différence a-v O2), mesurée en ml d’oxygène par dl de sang (ml O2/l). Si la différence a-v O2 augmente, alors l’organisme utilise plus d’oxygène. Une différence a-v O2 typique est d’environ 4 à 5 ml O2/l, tandis qu’à l’exercice la différence a-v O2 peut augmenter jusqu’à 15 ml O2/l. Sport Books Publisher

Le cœur Hémoglobine Les nouveaux globules rouges ou réticulocytes sont produits dans la moelle osseuse. L’érythropoïetine (EPO), une hormone en circulation, est le principal stimulateur de la formation de nouveaux globules rouges. L’EPO est secrétée en réponse à une faible concentration en oxygène (quand un individu se trouve en altitude) et aussi en réponse à l’exercice, augmentant ainsi le pourcentage de nouveaux globules rouges dans l’organisme. Les nouveaux globules rouges contiennent plus d’hémoglobine que les vieux globules rouges et peuvent ainsi transporter une plus grande quantité d’oxygène. Sport Books Publisher

Production d’EPO La haute altitude (faible concentration en oxygène) influe sur la production de l’EPO qui génère à son tour une plus grande quantité de globules rouges. Sport Books Publisher

Le transport du dioxyde de carbone Le CO2 est un déchet métabolique produit par l’organisme. Le CO2 est acheminé de la cellule vers le sang par lequel il est transporté vers les poumons via l’un des trois mécanismes suivant : 1. Un faible pourcentage du CO2 produit est dissout dans le plasma sanguin. 2. Le CO2 se lie à la molécule d’hémoglobine. 3. Le CO2 se combine à la molécule d’eau (mécanisme premier) pour former des molécules de bicarbonate qui sont ensuite transportées dans tout l’organisme. La réaction suivante illustre les mécanismes décrits ci-dessus : CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3- Anhydrase carbonique Sport Books Publisher

La consommation d’oxygène Quantité d’oxygène utilisée par l’organisme via le métabolisme aérobie. Mesurée en volume d’oxygène consommé (VO2) pendant une période de temps définie, habituellement une minute. La consommation d’oxygène augmente en fonction de la quantité d’énergie requise pour satisfaire les demandes énergétiques de l’activité physique. (VO2max) : mesure utilisée afin d’évaluer le volume maximal d’oxygène pouvant être consommé par l’organisme. Sport Books Publisher

Test de la consommation d’oxygène maximale Test de la puissance maximale aérobie (VO2max). Sport Books Publisher

La consommation d’oxygène Une modification de l’hématocrite (concentration de globules rouges dans le sang) peut aussi modifier la consommation d’oxygène en augmentant ou en diminuant la quantité d’oxygène distribuée aux tissus effectuant le travail. La capacité des tissus à extraire l’oxygène (différence a-v O2) affecte directement la consommation d’oxygène. L’augmentation de la différence a-v O2 est attribuée soit à une augmentation du nombre de mitochondries dans le muscle, soit à l’efficacité des enzymes dans les tissus activés. Sport Books Publisher

La consommation d’oxygène Une augmentation de la capillarisation (nombre de capillaires dans le tissu) peut également altérer la capacité du système circulatoire à placer les globules rouges à proximité des tissus utilisant de l’oxygène. Ce phénomène permet d’augmenter la capacité des tissus à extraire l’oxygène requis, la distance de diffusion étant alors réduite. Sport Books Publisher

Résumé de l’anatomie cardiovasculaire VO2max = débit cardiaque x différence a-v O2 La composante centrale a trait principalement à l’efficacité du cœur. Les facteurs périphériques comprennent : 1. la capacité des poumons à oxygéner le sang ; et 2. la capacité de l’organisme à extraire l’oxygène. L’entraînement physique peut augmenter la consommation maximale d’oxygène du corps humain. Ces mécanismes physiologiques seront présentés dans la prochaine section. Sport Books Publisher

Anatomie Respiratoire Sport Books Publisher

1. distribuer de l’air oxygéné au sang ; et Les rôles principaux du système respiratoire sont de : 1. distribuer de l’air oxygéné au sang ; et 2. éliminer le dioxyde de carbone, déchet métabolique, du sang. Le système respiratoire comprend : 1. les poumons ; 2. plusieurs voies de passage de l’extérieur vers les poumons ; et 3. les muscles responsables des mouvements mécaniques permettant le passage de l’air dans les poumons. Sport Books Publisher

La respiration humaine s’effectue selon plusieurs mécanismes : 1. La ventilation (respirer) ; 2. L’échange gazeux (survient entre l’air et le sang dans les poumons et entre le sang et les tissus dans l’organisme) ; 3. L’utilisation de l’oxygène par les tissus pour la respiration cellulaire. Sport Books Publisher

Les poumons Situés dans la cage thoracique (la poitrine). Les poumons sont asymétriques. Le poumon droit est plus large que le poumon gauche en raison de la place importante occupée par le cœur du coté gauche. Le passage de l’air dans le système respiratoire est divisé en deux aires fonctionnelles : 1. La zone de conduction 2. La zone respiratoire Sport Books Publisher

La zone de conduction Structure anatomique par laquelle l’air circule avant d’atteindre la zone respiratoire. L’air pénètre par le nez et/ou la bouche, où il est filtré et humidifié. Il est ajusté à la température du corps dans la trachée. Sport Books Publisher

La zone de conduction La trachée se divise en bronches principales droite et gauche qui pénètrent dans les poumons et continuent à se diviser en tubes de plus en plus petits appelés bronchioles et, finalement, en bronchioles terminales. Le système à l’intérieur des poumons prend la forme d’un arbre inversé appelé communément « l’arbre respiratoire ». Sport Books Publisher

La zone respiratoire Région où s’effectuent les échanges gazeux. Les unités fonctionnelles des poumons prennent la forme de petits sacs appelés alvéoles. Les alvéoles sont regroupées en paquets, telles des grappes de raisin, avec une ouverture commune sur le conduit alvéolaire appelée sac alvéolaire. Sport Books Publisher

La structure du système respiratoire Nez Bouche Trachée Bronches Bronchioles Poumon gauche Bronchiole terminale Alvéole Sport Books Publisher

Les alvéoles Bronchiole Capillaires alvéolaires Bronchiole terminale Sport Books Publisher

Ventilation et échange gazeux p. 119 Ventilation et échange gazeux Sortie du dioxyde de carbone Entrée de l’oxygène Sport Books Publisher

La ventilation La ventilation comprend deux phases : l’inspiration et l’expiration. Les échanges gazeux entre le sang et les autres tissus ainsi que l’utilisation de l’oxygène par les tissus sont communément appelés respiration interne. Sport Books Publisher

La ventilation Comprend le mouvement de l’air vers l’intérieur (inspiration) et vers l’extérieur (expiration) des poumons. Une modification de la taille de la cavité thoracique, et ainsi des poumons, nous permet d’inspirer et d’expirer l’air. Les poumons sont normalement légers, doux et spongieux, ce qui permet leur expansion dans la cavité thoracique. Sport Books Publisher

La ventilation Les muscles entourant la cage thoracique qui permettent son changement de taille sont : le diaphragme ; les muscles intercostaux externes (expiration) ; et les muscles intercostaux internes (inspiration). Sport Books Publisher

La ventilation Durant l’inspiration, la cage thoracique prend de l’expansion sous l’effet de la contraction musculaire, ce qui entraîne une diminution de la pression de l’air à l’intérieur des poumons. La pression extérieure élevée force l’air à aller dans les poumons. Durant l’expiration, la taille de la cage thoracique diminue via la relaxation des muscles. La pression extérieure élevée force l’air à sortir des poumons. Sport Books Publisher

Les échanges gazeux dans les poumons Les échanges gazeux entre l’air et le sang, dans les poumons, ont lieu dans les alvéoles. Chaque alvéole est entourée d’un vaste réseau de capillaires pulmonaires. L’air atmosphérique qui est acheminé jusqu’à chaque alvéole est riche en oxygène. Sport Books Publisher

Les échanges gazeux dans les poumons Le sang contenu dans les capillaires pulmonaires contient une certaine quantité de dioxyde de carbone. La différence de concentration entre le C02 et l’O2 permet d’obtenir les conditions idéales pour la diffusion des gaz. La diffusion est le mouvement des molécules (gaz) d’une concentration élevée à une concentration faible. L’oxygène est ainsi diffusé de la membrane alvéolaire vers les capillaires pulmonaires désoxygénés. Sport Books Publisher

Les échanges gazeux dans les poumons Le dioxyde de carbone se diffuse dans la direction opposée: du sang pulmonaire riche en dioxyde de carbone vers l’alvéole. Le sang oxygéné suit la circulation pulmonaire pour atteindre le cœur (ventricule droit) et être distribué via la circulation systémique. Le dioxyde de carbone est exhalé. Sport Books Publisher

Les échanges gazeux dans les alvéoles p. 121 Les échanges gazeux dans les alvéoles Alvéoles L’échange gazeux dans les alvéoles Alvéole Afflux sanguin Capillaire Globule rouge Oxygène pris par le sang Vaisseau sanguin L’oxygène de l’alvéole entre dans le sang Dioxyde de carbone libéré du sang Le dioxyde de carbone pénètre dans l’alvéole Éjection du sang Sport Books Publisher

Les effets de l’exercice sur les systèmes cardiovasculaire et respiratoire Le système cardiovasculaire permet d’assurer un approvisionnement en sang suffisant aux muscles contractés, au cerveau et au cœur. Il assure également l’élimination de la chaleur et des déchets métaboliques générés par les muscles. Sport Books Publisher

p. 123 Les effets de l’entraînement aérobie sur les systèmes cardiovasculaire et respiratoire Augmentation de la taille du cœur Augmentation de la capillarisation Augmentation de la quantité d’oxygène, extraite du sang, en circulation dans le muscle en contraction Amélioration de l’efficacité des échanges gazeux Sport Books Publisher

Les effets de l’exercice sur les systèmes cardiovasculaire et respiratoire (suite) Fréquence cardiaque L’augmentation de la taille du cœur est un des effets bénéfiques pouvant résulter de l’entraînement en endurance. 1. Des ventricules et oreillettes plus larges permettent qu’une plus grande quantité de sang soit pompée chaque fois que le cœur bat. 2. L’augmentation de l’épaisseur des parois du coeur (muscle cardiaque) augmente la contractibilité (taux de contraction). Sport Books Publisher

Les effets de l’exercice sur les systèmes cardiovasculaire et respiratoire (suite) Approvisionnement capillaire L’augmentation de la capillarisation est un autre profit pouvant résulter de l’entraînement en endurance. L’augmentation de la capillarisation permet : 1. d’agrandir la surface de vascularisation et de réduire la distance entre le sang et les tissus ; 2. d’augmenter la capacité de diffusion de l’oxygène et du dioxyde de carbone ; et 3. de faciliter les transport des nutriments vers les cellules. Sport Books Publisher

Les effets de l’exercice sur les systèmes cardiovasculaire et respiratoire (suite) Approvisionnement capillaire (suite) La différence a-v O2 de l’organisme peut aussi être améliorée grâce à l’entraînement en endurance. L’entraînement en endurance augmente la circulation sanguine vers les capillaires situés à proximité des fibres musculaires. Une augmentation de la capillarisation survient aussi dans le muscle cardiaque, réduisant le risque de maladie cardiaque et de crise cardiaque. Sport Books Publisher

Les effets de l’exercice sur les systèmes cardiovasculaire et respiratoire (suite) Volume sanguin L’augmentation du volume sanguin total va de pair avec le nombre et le volume total de globules rouges. Cela se produit grâce à la stimulation de l’érythropoïèse (formation de nouveaux globules rouges) dans la moelle osseuse. Sport Books Publisher

Les effets de l’exercice sur les systèmes cardiovasculaire et respiratoire (suite) Ventilation Augmente avec l’exercice afin de répondre aux exigences élevées en échanges gazeux. La ventilation peut passer de 6 L / min au repos à 150 L/min durant un exercice d’intensité maximale, et à plus de 200 L/min durant une respiration volontaire maximale. La pratique continue d’activités influe sur l’efficacité des échanges gazeux dans les poumons. Sport Books Publisher

Les effets de l’exercice sur les systèmes cardiovasculaire et respiratoire (suite) Extraction d’oxygène Semblable à la ventilation du fait que l’augmentation de la quantité d’air permet plus d’échanges gazeux. De plus, durant l’exercice, la température corporelle augmente. Cette augmentation favorise l’extraction de l’oxygène, phénomène connu sous le nom d’effet Bohr. Sport Books Publisher

Les effets de l’exercice sur les systèmes cardiovasculaire et respiratoire (suite) Résumé L’entraînement en endurance favorise plusieurs modifications positives du système cardiovasculaire. Il est crucial que les professionnels de la santé comprennent ces modifications afin de partager ces connaissances avec le commun de la population permettant ainsi à chacun de bénéficier d’une bonne santé et d’une meilleure qualité de vie. Sport Books Publisher

Anatomie et physiologie cardiovasculaire Questions à débattre 1. Décrivez le processus et toutes les étapes liées au cheminement d’une molécule d’oxygène, des poumons jusqu’à la cellule musculaire. 2. Décrivez le processus et toutes les étapes liées au cheminement d’une molécule de dioxyde de carbone, de la cellule musculaire jusqu’aux poumons. 3. Nommez et définissez les unités utilisées pour la pression sanguine, la fréquence cardiaque, la puissance cardiaque, le volume systolique et la différence artério-veineuse d’oxygène. 4. Quelles sont les améliorations apportées à l’efficacité des systèmes cardiovasculaire et respiratoire à la suite de l’entraînement ? Sport Books Publisher

Anatomie et physiologie cardiovasculaire Questions à débattre (suite) 5. Décrivez les deux composantes de la pression sanguine. Que mesurent-elles ? 6. Qu’est-ce que l’hémoglobine ? Où la trouve-t-on ? Quelle est sa fonction ? 7. Que sont les érythrocytes et les réticulocytes ? Où sont-ils fabriqués ? 8. Qu’est-ce que l’hématocrite ? 9. Décrivez le processus de transport du dioxyde de carbone dans le sang. 10. Qu’est-ce que la VO2max ? Quels facteurs influencent cette mesure ? Comment est-elle affectée par l’entraînement ? Sport Books Publisher