Frédéric SCHNELL Laboratoire de Physiologie

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1 Frédéric SCHNELL Laboratoire de Physiologie
Réponses cardiovasculaires à l’exercice musculaire Frédéric SCHNELL Laboratoire de Physiologie

2 Exercice musculaire Contrainte pour l’organisme
A l’effort les muscles demandent plus d’énergie Adaptation aigues des différents systèmes: Energétique Cardio-vasculaire Ventilatoire Endocrinien Neurologique Ostéo-ligamentaire et musculaire

3 Plan I. Rappel: métabolisme énergétique
II. Types d’exercices musculaires III. Réponses cardiovasculaires aiguës à l’exercice dynamique chez le sujet sain 1. Exercice triangulaire 2. Pression Artérielle 3. Débit cardiaque 4. Résistances périphériques totales 5. Cas particulier: exercice prolongé IV. Régulation du système cardiovasculaire à l’exercice V. Pourquoi un test d’effort ? VI. Conclusion Nous traiterons aujourd'hui uniquement de l'exercice dynamique, nous rêverons les adaptations à l'exercice statique dans un prochain cours.

4 Plan I. Rappel: métabolisme énergétique
II. Types d’exercices musculaires III. Réponses cardiovasculaires aiguës à l’exercice dynamique chez le sujet sain 1. Exercice triangulaire 2. Pression Artérielle 3. Débit cardiaque 4. Résistances périphériques totales 5. Cas particulier: exercice prolongé IV. Régulation du système cardiovasculaire à l’exercice V. Pourquoi un test d’effort ? VI. Conclusion Nous traiterons aujourd'hui uniquement de l'exercice dynamique, nous rêverons les adaptations à l'exercice statique dans un prochain cours.

5 I. Métabolisme énergétique et exercice musculaire
Voie anaérobie alactique Pas d’O2 Pas d’acide lactique Exercices très brefs Voie anaérobie lactique Pas d’O2 Acide lactique Exercices courte durée Pour réaliser un exercice physique vous avez besoin d’énergie. Je ne reviens as sur les différentes voies énergétiques que nous avons déjà abordé ensemble. Comme vous le savez les stocks d’ATP immédiatement disponibles ne sont pas infinis. Un exercice physique de plus de qlq minutes va nécessiter de faire intervenir la voie aérobie et donc nécessite de l'oxygène Voie aérobie O2 Exercices longue durée Modifié d’après Mc Ardle WD, Katch FI, Katch VI. Exercise Physiology. 1996

6 Débit sanguin musculaire
Place du système cardiovasculaire dans les réponses aiguës à l’exercice musculaire O2 O2 CO2 CO2 Métabolisme aérobie Ventilation Hémoglobine Le coeur et les vaisseaux intervenir dans cette majoration de l'apport d'oxygène aux mitochondries Bien évidemment pour réaliser un exercice, cela nécessite l'intégrité du système ventilatoire, il faut une quantité d'hémoglobine suffisante .. Débit sanguin musculaire Vasomotricité Débit cardiaque Modifié d’après Mc Ardle WD, Katch FI, Katch VI. Exercise Physiology. 1996

7 Plan I. Rappel: métabolisme énergétique
II. Types d’exercices musculaires III. Réponses cardiovasculaires aiguës à l’exercice dynamique chez le sujet sain 1. Exercice triangulaire 2. Pression Artérielle 3. Débit cardiaque 4. Résistances périphériques totales 5. Cas particulier: exercice prolongé IV. Régulation du système cardiovasculaire à l’exercice V. Pourquoi un test d’effort ? VI. Conclusion Nous traiterons aujourd'hui uniquement de l'exercice dynamique, nous rêverons les adaptations à l'exercice statique dans un prochain cours.

8 II. Types d’exercice musculaire
3 grands types d’exercice musculaires Exercice dynamique = isotonique Alternance contraction/relaxation musculaires (ex: course à pied) Intensité = % VO2 max Exercice statique = isométrique Contraction constante, sans changement de longueur du muscle, maintenu contre une résistance fixe (ex: haltérophilie) Intensité = % de la force maximale volontaire du groupe musculaire considéré Exercice mixte Association des 2 exercices (ex: marche en portant une valise) En ventilation libre , masses musculaires importantes +/- restriction de la ventilation (manœuvre de Valsalva)

9 Plan I. Rappel: métabolisme énergétique
II. Types d’exercices musculaires III. Réponses cardiovasculaires aiguës à l’exercice dynamique chez le sujet sain 1. Exercice triangulaire 2. Pression Artérielle 3. Débit cardiaque 4. Résistances périphériques totales 5. Cas particulier: exercice prolongé IV. Régulation du système cardiovasculaire à l’exercice V. Pourquoi un test d’effort ? VI. Conclusion Nous traiterons aujourd'hui uniquement de l'exercice dynamique, nous rêverons les adaptations à l'exercice statique dans un prochain cours.

10 III.1. Exercice triangulaire
Adulte jeune sain Niveau de la mer Température < 25° Exercice sur vélo progressivement croissant minutes Intensité maximale Watts 200 150 100 50 Temps minutes 2 4 6 8

11 III.2. Adaptations de la pression artérielle à l’exercice
La PA est la variable circulatoire régulée de l’organisme PAm = Qc x RPT PAm= Pression Artérielle moyenne (mmHg) Qc= Débit Cardiaque (L.min-1) RPT= Résistances Périphériques Totales (UI)

12 Adaptation de la pression artérielle
à l’exercice PA systolique PA mm Hg % VO2 max. 20 40 60 80 100 140 180 220 PA systolique doit augmenter PA diastolique varie peu PA diastolique La PAs augmente linéairement avec l’intensité de l’effort Alors que la Pad varie peu La PA différentielle augmente à l’effort jambes Modifié d’après Stenberg J et al. J Appl Physiol. 1967 12

13 III.3. Adaptation du débit cardiaque à l’exercice
Qc (L/min) Le débit cardiaque passe de 5L/min à L /min en fin d’effort. Lorsque l’exercice devient très intense, le débit cardiaque plafonne. Les principales composantes du DC, la FC et le VES évoluent différemment à l’exercice. 25 50 75 100 % VO2 max. Modifié d’après Cohen-Solal A, Carré F. Guide pratique des épreuves cardio-respiratoires. Masson 2009

14 Déterminants du débit cardiaque
Fréquence cardiaque Volume d’éjection systolique Vous vous rappelez cette diapositive que nous avons déjà vue qui reprend les déterminants du débit cardique. Volume télédiastolique Volume télésystolique Compliance Précharge Contractilité Postcharge

15 Évolution de la fréquence cardiaque à l’exercice
FC (bpm) FMT = âge +/- 10 bpm LA FC augmente lors de l’exercice musculaire. La tachycardie peut précéder le début de l’exercice (tachycardie d’anticipation) en réponse à la stimulation directe par les centres corticaux. A l’effort max, un plateau est observé, le sujet a atteint sa FC max. Cette Fréquence Maximale Théorique peut être prédite par différentes formules, dont la plus connue est 25 50 75 100 % VO2 max. 15

16 Régulation autonomique de la fréquence cardiaque à l’exercice
La FC au repos dépend du système nerveux autonome (parasympathique et sympathique) Comment la FC fait elle pour s’élever: L’atropine est un inhibiteur du système parasympathique Les bétabloquants sont des inhibiteurs des beta récepteurs adrénergiques (système sympathique et catécholamine). Si vous injectez de l’atropine, son effet est surtout maximal en début d’effort => le frein vagal explique l’élévation de la FC au début de l’effort Si vous administrez des BB, leurs effets est surtout maximal au pic de l’effort: après 50% de la VO2 max < 50-60% VO2 max.  baisse du tonus parasympathique > 50-60% VO2 max.  augmentation du sympathique  augmentation des catécholamines

17 Exemple du patient greffé cardiaque
La postcharge (dans la mesure où la fonction systolique est abaissée). Vous voyez donc que sa FC est plus élevée au repos: puisque au repos il bat à sa FC intrinsèque, non modulé par les influx neurologiques sympathiques et parasympathiques. Sa fréquence n’augmente que tardivement avec l’effort, simultanément à l’augmentation des catécholamines circulantes et leur effet chronotrope + Il en est de même en récupération où la FC va diminuer lentement, il n’y a pas cet effet de coup de frein vagal que l’on peut observé dans un cœur normal. Coeur dénervé uniquement sensible aux catécholamines circulantes => Réponse plus tardive de la fréquence cardiaque à l’exercice

18 Adaptation du volume d’éjection systolique à l’exercice
VES (mL) Le VES de repos: ml au repos Augmente dès le début de l’exercice, avant la fréquence cardique Le plus souvent il plafonne à 50% du VO2 max. 25 50 75 100 % VO2 max. Modifié d’après Cohen-Solal A, Carré F. Guide pratique des épreuves cardio-respiratoires. Masson 2009

19 Adaptation du volume d’éjection systolique à l’exercice
VES = VTD - VTS VTD (ml/m2) % VO2 max. Volume télédiastolique = VTD Le VES est égal la différence entre Vol de fin de diastole et de fin de systole. Le Vol TD = précharge augmente au début de l’effort – pompe musculaire et meilleur remplissage diastolique À tendance à diminuer à l’effort en lien avec un raccourcissement du temps de diastole Le Vol Télé systolique diminue avec l’augmentation d’intensité de l’effort Loi de Franck starling Effets inotropes positifs du système sympathique, des cathécholamine et de la tachycardie Baisse des résistances périphériques: post charge. La « pompe » musculaire Augmentation de la précharge Modifié d’après Wilmore et Costill 2002 Modifié d’après Higginbotham M. et al. 1986

20 Adaptation du volume d’éjection systolique à l’exercice
VES = VTD - VTS 50 100 % VO2 max. VTS (ml/m2) Adrénaline plasmatique (pg/ml) Noradrénaline plasmatique (pg/ml) Amélioration de la contractilité grâce à l’augmentation du vol TD VG: Loi de Frank et Starling Loi de l’escalier : plus la stimulation est fréquente plus la fibre se contracte fort ( > 140/min) Puis effet des catécholamine qui ont un effet inotrope + Volume télésystolique = VTS Fréquence cardiaque (bpm) Adrénaline plamatique (pg/ml) Noradrénaline plasmatique (pg/ml) Modifié d’après Higginbotham M. et al. 1986 Modifié d’après Fleg JL et al. J Appl Physiol. 1995

21 III. 4. Adaptation des résistances périphériques totales à l’exercice
Résistances Périphériques Totales (UI) La vasodilatation majeure des muscles actifs explique la baisse de résistances périphériques observée à l’effort. Cette baisse est surtout nette pour des efforts inférieurs à 60% du VO2 max. Au delà , l’action vasoconstrictrice du système sympathique et des catécolamines circulantes limite la baisse des résistances périphériques et empèche que la vasodilatation devienne trop importante et que la PA chute % VO2 max. 25 50 75 100 RPT = Δ PA / Qc Modifié d’après Cohen-Solal A, Carré F. Guide pratique des épreuves cardio-respiratoires. Masson 2009

22 Balance circulatoire Exercice 17,5 L.min-1 Repos 5,8 L.min-1 750 750
12500 Cerveau 750 Q stable Cœur 250 1200 Q augmenté Muscle Q diminué puis augmenté Peau 500 1100 Q diminué 1900 Lors d’un exercice musculaire l’organisme doit répondre à un triple défi: Apporter du sang aux muscles actifs Maintenir une pression de perfusion efficace des organes Limiter l’augmentation de la chaleur corporelle => les adaptations périphérique svarient ne fonction des organes. Au niveau des muscles périph, vasodilatation : augmentation du diamètre des artérioles précapillaires et ouverture de nouveaux capillaires Par action sur les récepteurs B2 – autorégumation métabolique - Peau: role de la thermorégulation - asoconstriction puis vasodilattaion pour évacuer la chaleur. Rein 1400 Abdomen 600 600 Autre 600 400

23 Adaptation des débits sanguins locaux
Aorte Artère mésentérique supérieure Vasodilatation Vasoconstriction  flux sanguin digestif  flux sanguin digestif Artères iliaques communes Cette diapo vous illuste les conséquence de la vasomotricité à l’exercice. Vasoconstriction Vasodilatation  flux sanguin vers les jambes  flux sanguin vers les jambes

24 Modifié d’après Stenberg J et al. J Appl Physiol. 1967
Adaptation de la pression artérielle selon la masse musculaire sollicitée PA systolique PA mm Hg % VO2 max. 20 40 60 80 100 140 180 220 PA systolique doit augmenter PA diastolique varie peu PA diastolique PA effort bras > effort jambes Il existe une différence en fonction du type d’effort: bras / jambe ou les 2 Ceci est en lien avec les masses musculaires mobilisées moindre diminution des résistances périph avec les bras car moins de muscles mobilisés (en effet il va y avoir une vasodilatation au niveau des muscles impliqués dans l’exercice musculaire afin d’apporter un débit sanguin local plus important => baisse des résistances et donc baisse de la PA) bras jambes Modifié d’après Stenberg J et al. J Appl Physiol. 1967 24

25 III.5. Adaptation du débit cardiaque à l’exercice prolongé
état d’adaptation 60 130 150 1 2 3 FC (bpm) temps (min) 3-5 30-80 • temps (min) 1 3 2 VES (ml) 100 140 Nous avon s vu l’impact de l’intensité, mais il existe également des adaptationsen fonction de la durée Lorsque l’effort dépasse 45 minutes, l’élimination de la chaleure devient un problème majeur. Une dérive des adaptations cardiovasculaires est observée Deshydratation + redistribution du vol sanguin dans les plexus veineux sous-cutanés => baisse du débit cardique => pour maintenir débit cardiaque et pouvoir poursuivre l’effort à la même intensité il faut augmenter FC grace à la stimulation catécholergique. état stable dérive Exercice prolongé (>45min): problème de la lutte contre la chaleur Déshydratation (transpiration) + redistribution du volume plasmatique (cutanés) VES => FC (stimulation catécholergique) pour garder Qc constant Effort > 45 min: problème de l’élimination de la chaleur

26 Adaptation de la pression artérielle à l’exercice prolongé
PA systolique (mmHg) Modifié d’après Hannum et Kasch, Scand. J. Sports Sci. 1981 160 150 140 130 120 110 REPOS EXERCICE CONSTANT RECUPERATION Temps Déshydratation (transpiration) + vasodilatation cutanée PA

27 Plan I. Rappel: métabolisme énergétique
II. Types d’exercices musculaires III. Réponses cardiovasculaires aiguës à l’exercice dynamique chez le sujet sain 1. Exercice triangulaire 2. Pression Artérielle 3. Débit cardiaque 4. Résistances périphériques totales 5. Cas particulier: exercice prolongé IV. Régulation du système cardiovasculaire à l’exercice V. Pourquoi un test d’effort ? VI. Conclusion Nous traiterons aujourd'hui uniquement de l'exercice dynamique, nous rêverons les adaptations à l'exercice statique dans un prochain cours.

28 IV. Régulation des adaptations cardiovasculaires à l’ exercice dynamique
Régulation nerveuse : Centrale Réflexe (SN végétatif) Régulation hormonale : Catécholamines Régulation humorale : Métabolites locaux Autorégulation cardio-vasculaire: Myocardique intrinsèque (Frank et Starling) Commande centrale Barorécepteurs Carotidiens Commande médullaire Récepteurs cardiaques Vaisseaux systémiques(résistifs) Mécanorécepteurs Métaborécepteurs Muscles squeletiques Vaisseaux systémiques(capacitifs) Modifié d’après Tipton C et al. ACSM Advanced Exercise Physiology Book. 2006

29 Plan I. Rappel: métabolisme énergétique
II. Types d’exercices musculaires III. Réponses cardiovasculaires aiguës à l’exercice dynamique chez le sujet sain 1. Exercice triangulaire 2. Pression Artérielle 3. Débit cardiaque 4. Résistances périphériques totales 5. Cas particulier: exercice prolongé IV. Régulation du système cardiovasculaire à l’exercice V. Pourquoi un test d’effort ? VI. Conclusion Nous traiterons aujourd'hui uniquement de l'exercice dynamique, nous rêverons les adaptations à l'exercice statique dans un prochain cours.

30 V. Pourquoi un test d’effort ?
POST EFFORT IMMEDIAT EFFORT AIGU Arrêt brutal effort Vasodilatation Artérielle  Sympathique Stimulation Vagale Catécholamines Retour Veineux FC, PA Qc  MVO2 PA MALADIE CORONAIRE Les test d’effort sont souvent utilisés en médecine Risque de malaise vagal car la vasodilatation persiste en fin d’effort Pourquoi le test d’effort est utilisé en cardiologie Maladie coronaire qui est caractérisée par Perfusion Coronaire Ischémie  Irritabilité Myocardique Modification de la Dépolarisation / Repolarisation Arythmie cardiaque MVO2: consommation en O2 du myocarde

31 Conclusion L’exercice musculaire nécessite de l’énergie
Le métabolisme aérobie nécessite de l’oxygène Les réponses cardiovasculaires adaptent l’apport d’O2 aux muscles La pression artérielle reste suffisante Cœur: Débit cardiaque (FC, VES) Vaisseaux: Résistances périphériques totales

32 Références bibliographiques: