Débit cardiaque et exercice Pierre-Marie Leprêtre Laboratoire de recherche 'Adaptations physiologiques à l'exercice et réadaptation à l'effort‘ EA-3300, UFR des Sciences du Sport, UPJV, Amiens. pierre-marie.lepretre@u-picardie.fr

Débit cardiaque et exercice Définitions Pourquoi s’intéresser aux réponses du Qc? Qc et exercice de type aérobie Qc et exercice de type anaérobie Conclusions

Débit cardiaque et exercice I. Définitions Débit cardiaque (Qc, L.min-1) volume de sang éjecté par le cœur par unité de temps ≈ 5,5 L.min-1 au repos à > 35 L.min-1 à l’exercice maximal produit de la fréquence cardiaque (FC) et du volume d’éjection systolique (VES) Qc = FC x VES  débit sanguin (Qs): quantité de sang passant par un organe par unité de temps

Débit cardiaque et exercice I. Définitions Fréquence cardiaque (FC, bat.min-1) nombre de battements cardiaques ( cycles dépolarisation – contraction) effectué par le cœur par unité de temps ≈ 60-70 bat.min-1 au repos: Tachycardie > 80 bat.min-1 ( trouble du rythme cardiaque) Bradycardie < 50 bat.min-1 ( trouble de conduction cardiaque) à 220 - âge à l’exercice maximal?

Débit cardiaque et exercice I. Définitions Volume d’éjection systolique (VES, mL.bat-1) volume de sang que le cœur éjecte à chaque contraction (systole) ≈ 65 mL.bat-1 au repos à > 250 mL.bat-1 à l’exercice maximal différence entre les volumes de fin de remplissage (télédiastole) et de fin d’éjection (télésystole) VES = VTD - VTS

Débit cardiaque et exercice I. Définitions

Débit cardiaque et exercice I. Définitions L’athlète entraîné possède un Qc important en comparaison au sédentaire, débit dû essentiellement à un considérable VES. Pour exemple, le débit cardiaque de Dehli (ski de fond) est augmenté de près de 8 fois à l’exercice, soit 40 l.min-1. Ce débit s’accompagne d’un VES de 210 ml par battement : C’est environ 2 fois le volume de sang pompé par battement comparé au VES maximal d’un sédentaire en bonne santé et de même âge.

Débit cardiaque et exercice Définitions Pourquoi s’intéresser aux réponses du Qc? Qc et exercice de type aérobie Qc et exercice de type anaérobie Conclusions

Pourquoi s’intéresser aux réponses du Qc? Débit cardiaque et exercice II. Intérêts & méthode Pourquoi s’intéresser aux réponses du Qc? Un des paramètres de la performance aérobie les plus étudié MAIS NE pouvant, à lui seul, expliquer cette dernière La consommation maximale d’oxygène (VO2max): « quantité maximale d’oxygène utilisée par l’organisme au cours d’un exercice épuisant d’intensité croissante » (Hill et Lupton, 1923) dépendant de la réponse des facteurs respiratoires et cardiovasculaires à l’exercice

Consommation d’O2 = facteurs centraux  facteurs périphériques Débit cardiaque et exercice II. Intérêts & méthode VO2 = FC  VES  a-vO2 diff Consommation d’O2 = facteurs centraux  facteurs périphériques Principe de Fick (1870): O2

Licence 3, Vendredi 8 Février 2008

Diffusion - Extraction d’O2 Débit cardiaque et exercice II. Intérêts & méthode Qc: LE facteur expliquant l’atteinte de VO2max ? (di Prampero P. 1992, Hopkins et coll. 1994) Respiration 10 - 25 % (Stuessi et coll. 2001; Markov et coll. 2001) 2. Facteurs centraux 50 – 75 % FC & VES (Astrand et coll. 1967; Markov et coll. 2001) CIRCULATION Régions non impliquées dans l’exercice Irrigation des muscles Affinité Hb-O2 3. Facteurs périphériques 10 – 25 % (Poole. 1997) Capillarisation musculaire Respiration mitochondriale Myoglobine Types & taille des FM Diffusion - Extraction d’O2 (Chuang et coll. 2000)

Relation entre VO2, Qc et FC à l’exercice Débit cardiaque et exercice II. Intérêts & méthode Relation entre VO2, Qc et FC à l’exercice

Réponses cardiorespiratoires à l’exercice: Débit cardiaque et exercice II. Intérêts & méthode Réponses cardiorespiratoires à l’exercice: effet de l’aptitude physique Les différences en terme de VO2 correspondent également aux mêmes différences obtenues en terme de VES. 38% d’écart en terme de VO2max entre les athlètes et les sédentaires correspondent à 37,5% de différence en terme de VESmax. Les FCmax pour ces 2 populations étant proches, les différences de Qcmax (et VO2max) sont attributées aux différences en terme de VESmax.

Débit cardiaque et exercice II. Intérêts & méthode Qc: LE facteur expliquant l’atteinte de VO2max ? Entraînement et activité mitochondriale Entraînement en endurance aérobie   efficacité mitochondriale par l’augmentation de l’activité enzymatique. 7 mois d’entraînement en natation (Costill et coll., 1991)   SDH, enzyme oxydative clef , au bout de 3 mois PEU corrélée aux D de VO2max dans les 6 dernières sem.   VO2max davantage influencée par les limites du système circulatoire à transporter l’O2 que par la capacité de la musculature à consommer de l’O2 (potentiel oxydatif du muscle).

Débit cardiaque et exercice II. Intérêts & méthode Qc: LE facteur expliquant l’atteinte de VO2max ? PO2 et respiration mitochondriale (Richardson et coll. 1999, Laursen et coll. 2005)  La répartition du volume sanguin responsable de l’arrêt de l’exercice?

Débit cardiaque et exercice II. Intérêts & méthode Qc: LE facteur expliquant l’atteinte de VO2max ?

Débit cardiaque et exercice II. Intérêts & méthode Mesures hémodynamiques par impédance électro-thoracique (Kucibek et coll. 1974) Application d’un courant alternatif de haute fréquence Entre 2 couples d’électrodes (1 émettrice, 1 réceptrice): Au niveau de l’appendice xiphoïde; Au niveau de la fosse claviculaire. Objectif: mesurer la longueur électrique du thorax (L, i.e la distance entre les 2 couples d’électrodes)  mesures de l’impédance basale (Z0, Ω) et ses variations (DZ, Ω)

 Volume du tissu non neutre électriquement (VEPT) Débit cardiaque et exercice II. Intérêts & méthode Mesures hémodynamiques par impédance électro-thoracique (Kucibek et coll. 1974) Application du modèle de Sramek-Bernstein (Bernstein D. 1986) Thorax = 1 cône caractérisé par: une perfusion sanguine homogène impédance basale moyenne (Z0, Ω) une longueur électrique L = 0.17  hauteur du sujet une circonférence C = 2pr ≃ 3L une résistance électrique proportionnelle aux dimensions du modèle (L et C)  Volume du tissu non neutre électriquement (VEPT)

Mesures hémodynamiques par impédance électro-thoracique Débit cardiaque et exercice II. Intérêts & méthode Mesures hémodynamiques par impédance électro-thoracique Variations pulsatiles du flux sanguin au niveau du thorax variation négative de l’impédance (DZ) Calcul de la dérivée 1ière /t de Dmax du signal d’impédance (dZ/dt) Mesure de la durée d’inversion du flux sanguin thoracique (TFIT) (i.e temps d’éjection du ventricule gauche)

VES = VEPT  [(dZ/dt) / DZ]  TFIT Débit cardiaque et exercice II. Intérêts & méthode Mesures hémodynamiques par impédance électro-thoracique Physioflow, Manatec, Strabsourg, France. VES = VEPT  [(dZ/dt) / DZ]  TFIT

Débit cardiaque et exercice II. Intérêts & méthode Mesures hémodynamiques par impédance électro-thoracique Physioflow, Manatec, Strabsourg, France.

Débit cardiaque et exercice II. Intérêts & méthode Mesures hémodynamiques par impédance électro-thoracique Physioflow, Manatec, Strabsourg, France.

Débit cardiaque et exercice Définitions Pourquoi s’intéresser aux réponses du Qc? Qc et exercice de type aérobie Qc et exercice de type anaérobie Conclusions

Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie Relation entre les réponses de fréquence cardiaque et de volume d’éjection systolique au cours d’un exercice d’intensité progressive Etude publiée sous le titre: “Heart rate deflection point as a strategy to defend stroke volume during severe exercise” [Journal of Applied Physiology, vol. 98(5): 1660-5, 2005]

Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie I > 60-65% de VO2max, état stable d’a-vO2diff (Chuang et coll. 2000)  VO2 dépendante de Qc I > 40-60% de VO2max, observation d’un plateau de VES (Astrand et coll. 1967)  Effet TREPPE ou la relation Force – vitesse de contraction (Alpert et coll.1998)

Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie Relation Frank-Starling  Relation Tension - longueur (composante inotropique) Effet TREPPE  Relation vitesse - force de contraction (composante chronotropique) (Alpert et coll. 1998)  VES responsable de FE (Higginbotham et coll. 1986) Effet TREPPE Effet WOODWORTH

Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie I > 60-65% de VO2max, état stable d’a-vO2diff (Chuang et coll. 2000)  VO2 dépendante de Qc I > 40-60% de VO2max, observation d’un plateau de VES (Astrand et coll. 1967)  Effet TREPPE ou la relation Force – vitesse de contraction (Alpert et coll.1998)  I > 60% de VO2max, FC responsable de Qc

Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie  Des réponses similaires de VO2 et FC lors d’un test triangulaire? Un excédent de VO2 à partir du seuil lactique (LT) lié à une diminution de l’efficacité du geste locomoteur. (Zoldaz et coll. 1998)  Rupture de la linéarité de la relation VO2 – Intensité. Une relation FC – Puissance non linéaire. (Brooke et coll. 1972)  Deux points de rupture à la même intensité d’exercice?

Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie  Une interprétation métabolique du point de déflexion de FC? Une relation significative entre: (Conconi et coll. 1982) L’apparition du point de rupture dans la relation FC - Puissance (HRDP); L’identification du seuil lactique. Une extrapolation de la puissance au seuil lactique à partir de HRDP critiquée car protocole dépendante. (Jeunkendrup et coll. 1997, Jones et coll. 1995)  HRPD = un indicateur du seuil lactique?

Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie  Une interprétation cardiovasculaire de HRDP? Chez le sédentaire ou le malade, une relation significative entre: L’apparition du point de déflexion de FC (HRDP); L’atteinte des valeurs maximales de FE (i.e LT: 77  4% de VO2pic). (Foster et coll. 1995, Hofmann et coll. 1997, Pokan et coll. 1997) Chez le sportif très entraîné: une corrélation entre HRDP et le diamètre du ventricule gauche en fin de diastole. (Lucia et coll. 1999) un point de déflexion de FC pratiquement absent. (Jones et coll. 1995) Une meilleure fonction diastolique responsable de l’augmentation de VES jusqu’à l’atteinte de VO2max.(Gledhill et coll. 1994)  HRPD = un indice de la réponse de VES à l’exercice?

Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie Hypothèse

Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie Résultats

Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie Sujets (n=22) HRDP (n=16) Non-HRDP (n=6) Age (années) 31 ± 7 30 ± 8 Taille (cm) 178 ± 7 181 ± 8 Masse (kg) 70 ± 6 73 ± 5 % de masse grasse 11,9 ± 3,6 11,6 ± 2,9 *différence significative entre les groupes HRDP et Non-HRDP

Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie Etude n°1: Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie Sujets (n=22) HRDP (n=16) Non-HRDP (n=6) VO2max (mL.min-1) 5116 ± 554 5091 ± 562 FC (bat.min-1) 183 ± 10 191 ± 6 VES (mL.bat-1) 153 ± 44 158 ± 31 pVO2max (watts) 383 ± 66 402 ± 59 pSL (watts) a289 ± 57 (75,1 ± 6,7 % de pVO2max) a313 ± 42 (78,2 ± 3,4 % de pVO2max) pVESmax (watts) ab300 ± 67 (78,0 ± 9,3 % de pVO2max) *ab381 ± 75 (94,4 ± 8,6 % de pVO2max) pHRDP (watts) ab300 ± 52 (78,3 ± 7,0 % de pVO2max) *différence significative entre les groupes HRDP et Non-HRDP a différence significative avec pVO2max b différence significative avec pSL

Une relation significative entre pVESmax - pHRDP

Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie  Au cours d’un exercice épuisant d’intensité croissante: 72,7 % de sujets très entraînés en aérobie présentent un point de déflexion de la FC (HRPD); HRDP est associé à l’atteinte de VESmax chez ces sujets. Il existe une relation hautement significative entre pHRDP et pVESmax; pHRDP explique 62,0 % de la variance de pVESmax HRDP comme un mécanisme physiologique nécessaire au maintien d’une durée de remplissage ventriculaire assez longue pour maintenir une haute valeur de VES jusqu’à l’atteinte de VO2max.

Etude publiée sous le titre: Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie Effet de l’intensité et de la durée d’exercice sur l’atteinte des valeurs maximales de VO2 et de débit cardiaque Etude publiée sous le titre: “Effect of exercise intensity on relationship between VO2max and cardiac output” [Medicine and Science in Sport and Exercise, vol. 36(8): 1357-63, 2004]

Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie Lors d’un exercice d’intensité croissante: Identification d’un plateau de VES avant l’atteinte de VO2max chez la majorité des sujets très entraînés. (Lepretre et coll. 2005) Effet de l’intensité et de la durée des paliers sur les réponses de Qc et VO2 (McCole et coll. 2001): 12 paliers de 1 minutes  atteinte de VO2max et Qcmax 4 paliers de 3 minutes  atteinte de VO2max sans Qcmax VES = responsable de la dissociation Qc – VO2. Valeurs maximales

Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie Lors d’un exercice à puissance constante: Pour une intensité supérieure à la puissance critique, VO2max est atteint si la durée de l’exercice est suffisamment longue. (Billat et coll. 1998, Whipp et coll. 1998) Identification de trois zones d’intensités, caractérisées par différentes réponses de VO2 à l’exercice (Whipp B. 1997). I < seuil anaérobie (LT): un état stable de VO2 au bout de 2-3min d’exercice. LT < I < Pcritique: dérive de VO2, i.e SC de VO2, jusqu’à l’atteinte d’un nouvel état stable. I > Pcritique: dérive de VO2 jusqu’à l’atteinte de VO2max. (Morton et coll. 1998) VO2max

Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie Lors d’un exercice épuisant supra seuil lactique: Pas de relation entre la cinétique de VO2 et le temps d’épuisement. (Billat et coll. 1998) MAIS Une réponse de VES comme principal facteur expliquant la réponse de VO2 en début d’exercice. (Billat et coll. 2001)  Une possible dissociation entre les réponses de Qc et VO2 en fonction l’intensité (> ou < à pVESmax) et de la durée de l’exercice?

Hypothèse Lors d’un exercice épuisant à pVO2max: Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie Hypothèse Lors d’un exercice épuisant à pVO2max: Puissance d’exercice > pVESmax. Une réponse de VES comme principal facteur de l’atteinte des valeurs maximales de VO2. MAIS Lors d’un exercice épuisant à pD50 (puissance à mi-chemin entre le seuil et pVO2max) : Puissance d’exercice < pVESmax. Des adaptations périphériques permettant de solliciter VO2max.  Des adaptations centrales et périphériques durée et intensité dépendantes afin de solliciter les valeurs maximales de VO2?

Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie pVO2max pD50 Echauffement 48-h 48-h

Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie Sujets (n=11) Test incrémenté tlim100 tlimD50 Temps d’exercice (secondes) 1240 ± 153 *312 ± 145 ab726 ± 195 Puissance (watts) 344 ± 37 (100 % de pVO2max) ab303 ± 38 (88,1 ± 11,1 % de pVO2max) pVESmax (watts) *a307 ± 18 (89,2 ± 5,2 % de pVO2max) VO2 (mL.min-1) 4277 ± 433 4211 ± 463 3950 ± 410 FC (bat.min-1) 181 ± 15 185 ± 14 183 ± 15 VES (mL.bat-1) 179 ± 34 173 ± 31 a163 ± 31 Qc (L.min-1) 32,4 ± 5,5 31,7 ± 5,0 a30,2 ± 4,4 a-vO2 diff (mL.100mL-1) 13,2 ± 1,4 13,3 ± 0,9 13,1 ± 2,1 *différence significative entre Test incrémenté et tlim100 a différence significative entre Test incrémenté et tlimD50 b différence significative entre tlim100 et tlimD50

Evolution des paramètres cardiaques en fonction du pourcentage de VO2max

Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie Une relation non-significative entre le temps d’exercice et les cinétiques de débit cardiaque

Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie  Atteinte de VO2max quelque soit la durée et l’intensité de l’exercice, MAIS: Un temps de fatigue d’autant plus long que l’intensité est faible; Des adaptations différentes en fonction de l’intensité et de la durée de l’exercice pour atteindre les valeurs maximales de VO2: Exercice long : adaptations périphériques; Exercice court et maximal: adaptations centrales.  Orienter les phases d’entraînement en fonction des effets recherchés.

Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie Effet d’un exercice épuisant à état stable de VO2 sur les réponses cardiovasculaires chez des adultes entraînés Etude publiée sous le titre: “Fatigue responses in exercise under control of VO2.” [International Journal of Sports medicine, vol. 29(3):199-205, 2008. ]

Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie  Intensité constante versus variations stochastiques: 5% de coefficient de variation de la vitesse de course lors de la réalisation des derniers records du monde des courses à pieds de 5-km et 10-km sur piste. (Billat et coll. 2001) Un recrutement de fibres musculaires et des voies métaboliques différents au cours d’un exercice de pédalage. (Palmer et coll. 1999) MAIS un niveau de performance identique sur bicyclette comme en course à pied. (Palmer et coll. 1999; Billat et coll. 2001) Aucune différence de cinétique de VO2.

Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie  Exercices exhaustifs d’intensité constante et supérieure à la puissance critique: Atteinte des valeurs maximales de consommation d’O2 mesurées au cours d’un test d’intensité croissante (VO2max). (Gaesser et coll. 1996; Whipp et coll. 1998; Billat et coll. 1999) Toutefois, pas de relation entre la cinétique de VO2 et le temps d’épuisement. (Billat et coll. 1998) Une nouvelle approche: la fonction cardiovasculaire comme un facteur limitant des capacités maximales d’exercice chez l’Homme. (Noakes T. 1998) VO2max

Hypothèses Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie VO2max VO2max

Objectifs Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie Observer l’incidence d’un exercice à état stable de VO2 sur la performance (i.e le temps limite d’exercice). Comparer les réponses du débit cardiaque (Qc) entre deux exercices exhaustifs: d’intensité sévère et constante (pD50); à un état stable de VO2 associée à pD50 (VO2D50).

Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie VO2max 3-min à pD50

Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie Sujets (n=11) Test incrémenté tlimD50 tlimVO2D50 Temps d’exercice (secondes) 1296 ± 140 *616 ± 278 b1186 ± 897 Puissance (watts) (% de pVO2max) 360 ± 40 (100) *315 ± 40 (87,4 ± 3,0 ) ab276 ± 47 (76,7 ± 13,1 ) pVESmax (watts) (% de pVO2max) a307 ± 15 (85,2 ± 4,2 ) VO2 (mL.min-1) 4950 ± 439 4963 ± 434 ab4723 ± 460 FC (bat.min-1) 186 ± 11 183 ± 11 181 ± 10 VES (mL.bat-1) 211 ± 31 210 ± 38 188 ± 48 Qc (L.min-1) 39,3 ± 5,4 38,5 ± 5,4 34,0 ± 9,7 a-vO2 diff (mL.100mL-1) 12,6 ± 3,0 12,9 ± 2,1 13,9 ± 2,2 *différence significative entre Test incrémenté et tlimD50 a différence significative entre Test incrémenté et tlimVO2D50 b différence significative entre tlimD50 et tlimVO2D50

Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie

Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie le temps passé à FCmax le temps passé à Qcmax

 Un exercice supra seuil lactique à état stable de VO2 induit: Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie  Un exercice supra seuil lactique à état stable de VO2 induit: Un temps d’exercice plus long avec une diminution significative de la puissance soutenue; Un temps passé aux valeurs maximales de débit cardiaque plus long sans atteindre VO2max. Des relations significatives entre : Le temps passé à FCmax et le temps d’exercice; Le temps passé à Qcmax et le temps d’exercice.  La fonction cardiovasculaire est-elle un facteur limitant des capacités maximales d’exercice? (Noakes T. 1998)

Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie Effet d’un exercice épuisant à état stable de fréquence cardiaque sur les réponses VO2 et de volume d’éjection systolique chez des adolescents entraînés

Objectifs Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie Observer l’incidence d’un exercice à état stable de FC sur la performance (i.e le temps limite d’exercice). Comparer les réponses du débit cardiaque et de VO2 entre deux exercices exhaustifs: d’intensité sévère et constante (pVESmax); à un état stable de FC associée à pVESmax (FC@VESmax).

Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie Sujets (n=9) Test incrémenté tlimpVESmax tlimFC@VESmax Temps d’exercice (secondes) - 610 ± 401 1264 ± 800 Puissance (watts) (% de pVO2max) 255 ± 63 (100) 239 ± 62 (93,7 ± 24,3 ) ab213 ± 70 (83,5 ± 27,5 ) VO2 (mL.min-1) 2829 ± 215 2970 ± 502 2748 ± 430 FC (bat.min-1) 197 ± 6 196 ± 7 ab192 ± 9 VES (mL.bat-1) 106 ± 44 102 ± 40 b112 ± 46 Qc (L.min-1) 20,5 ± 8,6 19,8 ± 7,6 21,3 ± 8,6 a-vO2 diff (mL.100mL-1) 13,8 ± 2,5 15,0 ± 6,6 12,9 ± 5,0 *différence significative entre Test incrémenté et tlimpVESmax a différence significative entre Test incrémenté et tlimFC@VESmax b différence significative entre tlimpVESmax et tlimFC@VESmax

Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie

 Un exercice supra seuil lactique à état stable de FC induit: Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie  Un exercice supra seuil lactique à état stable de FC induit: Un temps d’exercice plus long avec une diminution significative de la puissance soutenue; Des valeurs maximales de VES > VESmax mesurées au cours d’un test incrémenté de détermination du VO2max. Une relation significative entre : La durée de l’exercice; Le temps nécessaire pour atteindre la plus haute valeur de VES.  Une fréquence cardiaque optimale permettant l’amélioration de la contractilité ventriculaire?

Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie Effet de huit semaines d’entraînement à état stable de fréquence cardiaque sur les réponses cardiovasculaires au cours d’un exercice d’intensité progressif

Les effets d’un entraînement aérobie bien conduit sur: Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie Les effets d’un entraînement aérobie bien conduit sur: l’anatomie du cœur humain (Gates et coll. 2004): Un septum interventriculaire 51 % plus épais; Les parois postérieures ventriculaires 32 % plus épaisses. Les valeurs maximales de VES: VESmax sujets très entraînés > VESmax sédentaires. (Concu et Marcello. 1992, Foster et coll. 1997, Boutcher et coll. 2003) Une atteinte de VESmax à des intensités > seuil lactique chez le sportif. (Ferguson et coll. 2001, Gledhill et coll. 1994, Zhou et coll. 2001) VES = responsable de l’atteinte d’une valeur maximale de débit cardiaque majorée chez le sujet entraîné

Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie Les effets d’un entraînement aérobie bien conduit: Une amélioration du débit cardiaque responsable d’une augmentation de 35 mL.min-1 de VO2max. (Roca et coll. 1992) Un gain spécifique aux intensités de travail. (Billat et coll. 2004, Pedersen et Jorgensen 1978, Ziemba et coll. 2003) L’identification (à partir de HRDP) d’une intensité d’exercice au-delà de laquelle le travail s’effectue au détriment de la force de contraction du cœur?  Un travail à un état stable de FC associée au plateau de VES au cours d’un test incrémenté de référence = responsable d’une amélioration de VO2max?

Hypothèse Lors d’un exercice incrémenté de référence: Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie Hypothèse Lors d’un exercice incrémenté de référence: Identification de l’atteinte d’un plateau de VES à partir de HRDP. Lors d’un exercice épuisant à état stable de FC (FC associée à l’atteinte des maxima de VES au cours d’un test progressif): Puissance d’exercice < pVESmax. Des valeurs de VES mesurées > VESmax.  Une augmentation du VES comme conséquence d’un travail régulier à une FC sollicitant les valeurs maximales de VES?

Objectifs Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie Observer les effets de huit semaines d’entraînement à la fréquence cardiaque associée au plateau de VES au cours d’un exercice incrémenté.

*différence significative entre Pré et Post entraînement Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie Sujets (n=8) Pré entraînement Post entraînement Age (années) 14,8 ± 1,0 15,1 ± 1,6 Taille (cm) 164 ± 6 164 ± 7 Masse (kg) 50,4 ± 8,9 50,9 ± 8,4 % de masse grasse 14,1 ± 5,0 *différence significative entre Pré et Post entraînement

Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie Sujets (n=8) Pré entraînement Post entraînement VO2 (mL.min-1) 2753 ± 365 2902 ± 314 FC (bat.min-1) 196 ± 11 200 ± 12 VES (mL.bat-1) 95 ± 32 *121 ± 33 Qc (L.min-1) 18,6 ± 6,2 *23,4 ± 5,7 FC@VESmax (bat.min-1) 195 ± 12 197 ± 10 a-vO2diffmax (mL.100mL-1) 14,8 ± 5,9 12,4 ± 5,5 *différence significative entre Pré et Post entraînement

Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie Sujets (n=8) Pré entraînement Post entraînement pVO2max (watts) 220 ± 43 229 ± 52 pVESmax (watts) (% de pVO2max) a201 ± 56 (90,7 ± 14,2) 220 ± 57 (95,8 ± 6,0) pLT (watts) (% de pVO2max) a170 ± 35 (77,2 ± 6,3) a182 ± 45 (78,9 ± 4,3) * différence significative entre Pré et Post entraînement a différence significative entre pVO2max et les autres puissances

Désadaptation périphérique par absence de sollicitation de pVO2max? Débit cardiaque et exercice III. Qc et exercice aérobie Effets de huit semaines d’entraînements à FC@VESmax: Une dissociation entre les réponses de débit cardiaque et de consommation d’oxygène. Une amélioration de VESmax; Une augmentation significative des valeurs maximales de Q; Pas d’effet sur les valeurs maximales de VO2; Une diminution d’a-vO2diff: Désadaptation périphérique par absence de sollicitation de pVO2max?

Débit cardiaque et exercice Définitions Pourquoi s’intéresser aux réponses du Qc? Qc et exercice de type aérobie Qc et exercice de type anaérobie Conclusions

Débit cardiaque et exercice IV. Qc et exercice anaérobie Effet de l’ingestion de bicarbonate sur les réponses cardio-circulatoire au cours d’un exercice de sprint long sur bicyclette Etude soumise pour publication sous le titre: “Effects of blood alkalosis on and cardio-dynamic responses during all-out supra-maximal cycling exercise”

Débit cardiaque et exercice IV. Qc et exercice anaérobie The greater long sprint performance observed following an all-out strategy when compared with an even-paced strategy appears to be attributable to faster oxygen uptake response (i.e 2 kinetics) in well-trained subjects [Bishop et al. 2002]. During constant exercise, it was already shown that highly-trained subjects exhibited faster 2 kinetics than their recreational trained counterparts [Bosquet et al. 2007] and faster running velocity resulted in faster 2 responses [Duffield et al. 2006, Duffield and Bishop 2008]. Aerobic/anaerobic energy system contribution in trained male runners was 41/59% and 60/40% to the 400-m and 800-m run events respectively [Duffield et al. 2005].

Débit cardiaque et exercice IV. Qc et exercice anaérobie A decrease in the relative contribution of anaerobic energy yield from 80% to 60% at the onset of exercise whereas 2 reached a high percentage of its maximal value ( 2peak) at the 25th-s in trained male subjects engaged in a long sprint event (49.5 ± 6.0-s) [Nummela and Rusko 1995, Camus et al. 1985]. A relative contribution of aerobic energy yield ranged from 43 to 63% during the second half of the run [Nummela and Rusko. 1995]. BUT VO2decreased before the exhaustion, although the velocity did not decrease below the speed associated at VO2peak during the incremental running test [Thomas et al. 2005, Hanon et al. 2010].

Débit cardiaque et exercice IV. Qc et exercice anaérobie Averaged haemodynamic data showed an elevated stroke volume (SV) and cardiac output (CO) after exhaustive supramaximal cycling exercises (150 % of 2peak) compared to baseline [Crisafulli et al. 2003, 2004] The respective contribution of central (CO) and peripheral factors (a-vO2diff) in the attainment of high 2 value during long sprint event remained not clear and the CO response during the long sprint exercise still stayed unknown. Berger et al. [2006] reported that metabolic alkalosis induced by sodium bicarbonate ingestion had no effect on faster 2 responses but altered slow 2 adjustment. Though the alkalizing effect of oral [HCO3-] on mechanical performance was controversial [Costill et al. 1984, Vanathalo et al. 2010], these findings raised the question about the influence of metabolic alkalosis on CO and a-vO2diff adaptation especially at the end of very high-intensity exercise.

Débit cardiaque et exercice IV. Qc et exercice anaérobie After a 15-min standardized warm-up and 5-min at rest, a 70-s all-out test [Craig et al. 1985] at fixed pedaling rates (calculated from torque–velocity protocol) [Woolford et al. 1999], 60 min after having ingested 1) 0.300 g.kg-1 body mass of NaHCO3 (BICA) or 2) 0.045 g.kg-1 body mass of sodium chloride (placebo; PLAC). The supplements were administered in a blind, randomized order. The initial work rate of pD50 was sustained constant during the first 20-s, then subject were asked to maintain constant their pedaling rate (isokinetic mode) [Woolford et al. 1999]. The power pD50 was defined as the intensity midway between the p 2peak and the work requiring 100 % of maximal mechanical power extrapoled from torque – velocity protocol. No feedback on test performance was given until all experimentation had been completed.

Débit cardiaque et exercice IV. Qc et exercice anaérobie The highest VO2 values measured during Tlim and PLAC trials were different from VO2peak, equaling 91.2 ± 7.4% of 2peak in Tlim (P < 0,01) and 92.2 ± 6.3% of VO2peak in the PLAC trial (P < 0.01). Neither VO2peak (P = NS) nor highest VO2 in PLAC (P = NS) were different from the maximal VO2 values measured during BICA event (i.e. 96.6 ± 8.2% of VO2peak). Although the lack of CO difference, alkalosis induced a different central and peripheral responses. The highest SV value was lower in BICA condition compared to incremental test (P < 0.01) whereas HR and a-vO2diff values were lower in PLAC trial compared to incremental test (P < 0.01). Hence, the highest VO2 values measured during PLAC event were lower than VO2peak. A significant relation between VO2 drop and CO (r = 0.73, P < 0.01, n = 11) or SV (r = 0.68, P < 0.05, n = 11) responses at the end of BICA trial (figure 2c). The CO decrease was positively correlated with the variation of HR in Tlim (r = 0.62, P < 0.05, n = 11) and BICA event (r = 0.74, P < 0.01, n = 11) whereas the CO drop was linked to the SV variation at the end of PLAC trial (r = 0.94, P < 0.01, n = 11)

Débit cardiaque et exercice Définitions Pourquoi s’intéresser aux réponses du Qc? Qc et exercice de type aérobie Qc et exercice de type anaérobie Conclusions

Débit cardiaque et exercice V. conclusions Pourquoi s’intéresser aux réponses du Qc? QC et adaptations circulatoires: influence de la post-charge

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