Physiologie des APS

1. Physiologie des APS

2. Physiologie des APS Didier Reiss (Cyril Gossellin) Diplôme de l'INSEP ( Option 1: Entraînement des sportifs de haut niveau ) Master recherche en Biologie intégré du mouvement et du muscle (physiologie des APS) DESS de Préparation Physique et Management des Équipes Sportives Diplôme d’Université de Préparation physique Diplôme d’Université en Évaluation et Préparation physique BEMF

3. Cœur / Fréquence cardiaque

4. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque Le cœur est considéré comme l'organe le plus noble du corps humain. Il est sans doute un des rares que nous percevions de temps à autre au cours de la vie. S'il est présent dans les expressions courantes (fendre le cœur, mal au cœur…), c'est que nous le ressentons particulièrement en fonction des sentiments que nous éprouvons : peur, joie… Ses battements puissants seraient capables de nous projeter à 160 km d'altitude (à condition de réunir toute la force des 40 millions de cycles annuels…) Cette anecdote amène le rythme moyen cardiaque à 76 BPM…

5. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque Le cœur a un rôle de pompe, il donne l'impulsion à la masse sanguine : -Il pèse en moyenne 200 à 300g chez la femme et de 300 à 350g chez l’homme -Taille: taille d’un poing. Volume : de 500 à 600 mL chez la femme et de 700 à 800 mL chez l’homme -Il draine les 5-7 litres de sang du corps -En moyenne, 5 litres de sang passe par minute -A l'effort, il peut multiplier de 5 à 7 fois ce volume (jusqu'à 35 L/min) -Il possède 4 cavités (2 oreillettes et 2 ventricules) -La fréquence cardiaque est en moyenne entre 50 et 80 au repos (il n'y a pas de norme) -Sa position n'est pas à gauche, mais en position centrale orientée vers la gauche.

6. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque Le myocarde fonctionne uniquement en aérobiose en utilisant 5 sources d’énergie : ² les acides gras représentant 60% à 65% de l’énergie ² le glucose représentant 15 % à 20% ² le lactate représentant l0% à 15% : le cœur en est le seul organe utilisateur ; après transformation en pyruvate, il entre dans le cycle de Krebs. ² les corps cétoniques ² les acides aminés

7. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque Les 4 cavités : Les cavités droites comportent une oreillette (atrium) et un ventricule séparés par un orifice valvulé. Il y circule le sang veineux, non oxygéné ; Les cavités gauches comportent également une oreillette (atrium) et un ventricule. Il y circule un sang oxygéné par son passage dans les capillaires pulmonaires. Ces cavités droites et gauche font partie de la grande et petite circulation : - La petite circulation, ou circulation pulmonaire, qui comprend le ventricule droit, l’artère pulmonaire et ses branches, les capillaires pulmonaires, les veines pulmonaires et l’oreillette gauche. - La grande circulation, ou circulation générale, qui comprend le ventricule gauche, l’aorte et ses branches, le réseau capillaire, le système des 2 veines caves et l’oreillette droite.

8. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque Le coeur est une pompe constituée de quatre cavités : les oreillettes, ou chambres de remplissage, qui reçoivent le sang du retour veineux ; et les ventricules, qui constituent la partie active du coeur, responsables de la propulsion du sang dans les systèmes artériels. Ces cavités sont accouplées deux à deux pour former un double circuit : - Le coeur droit : il reçoit le sang veineux systémique déssaturé qui arrive dans l'oreillette droite (OD) par les deux veines caves, supérieure (VCS) et inférieure (VCI). Ce sang passe dans le ventricule droit (VD) au travers de l'orifice atrio-ventriculaire droit, ou "valve tricuspide" (VT). Le VD chasse le sang dans le tronc de l'artère pulmonaire (AP). Le sang traverse le lit artériel des deux poumons. Il y abandonne le gaz carbonique ; et se recharge en oxygène. - Le coeur gauche reçoit ce sang saturé en oxygène dans l'oreillette gauche (OG) par le canal des quatre veines pulmonaires (deux à droite et deux à gauche). Le sang passe dans le ventricule gauche (VG) à travers l'orifice atrio-ventriculaire gauche ou "valve mitrale" (VM). Le VG chasse le sang dans l'aorte (AO), qui va le distribuer dans l'ensemble de la circulation systémique. Il va abandonner aux tissus son oxygène et les débarrasser de leur gaz carbonique. Le temps de remplissage du coeur s'appelle la "diastole", et le temps de chasse ou d'éjection du sang s'appelle la "systole".

9. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque 1) Le coeur fonctionne comme une double pompe, la droite et la gauche. 2) La seconde particularité de la circulation cardio-pulmonaire concerne la différence de saturation en oxygène du sang dans les deux circulations : - le sang est saturé en oxygène (saturation > 95%) dans la circulation gauche (sang "rouge") ; - le sang est déssaturé (saturation variable d'un point à un autre, de l'ordre de 70 à 80 %) dans la circulation droite (sang "bleu").

10. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque Un système à part, le système porte. En effet, tout le sang veineux ne revient pas directement au coeur. Les veines qui font suite aux capillaires de l’estomac, de l’intestin grêle, du colon, du haut rectum, du pancréas et de la rate se réunissent en un tronc veineux (la veine porte). Celui-ci pénètre dans le foie où elle se capillarise. On appelle système porte, tout système artériel ou veineux formé d’un vaisseau capillarisé à ses 2 extrémités. Le système lymphatique véhicule la lymphe et la déverse finalement dans le système cave supérieur. Il est constitué par des vaisseaux et des noeuds lymphatiques (ganglions). La lymphe provient du métabolisme des cellules. Au niveau de l’intestin, la lymphe contient certaines substances absorbées au niveau de la muqueuse intestinale (grosses molécules lipidiques). Les noeuds lymphatiques sont des amas lymphoïdes (système immunitaire).

11. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque Les cavités

12. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque Petite circulation : échange gazeux avec les poumons, évacuation du dioxyde de carbone et captation de l’oxygène. Grande circulation : approvisionnement des organes en nutriment essentiel (glycogène, oxygène) et évacuation des déchets de fonctionnement de ces organes (dioxyde de carbone et urée). OG OD VG VD

13. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque Le premier bruit du coeur correspond à la fermeture des valves aurico-ventriculaires et marque le début de la systole (éjection). Le second bruit du coeur correspond à la fermeture des valvules sigmoïdes et débute juste avant la fin de l'éjection systolique. Il marque le début de la diastole (remplissage). La prise de pouls radial ne permet de mesurer que la PA systolique. TA = PA sys / PA dias

14. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque L’appareil cardio-vasculaire fait circuler le sang et nourrit tous les tissus de l’organisme. Il fournit l’oxygène mais également de nombreux nutriments indispensables aux cellules. Le sang parcourt plusieurs dizaines de milliers de kilomètres de vaisseaux dans le corps sous forme liquide. L’appareil cardio-vasculaire est constitué du cœur qui joue le rôle de pompe, d’un circuit fermé où circule le sang composé : ·d’artères ·d’artérioles ·        de capillaires ·de veines ·de veinules ·        de vaisseaux lymphatiques

15. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque Tout récemment, on a découvert que les oreillettes sécrétaient une hormone "natriurétique atriale auriculaire" qui fait uriner le sel, relaxe les vaisseaux et augmente la filtration du rein. Le coeur est aussi un organe endocrine ! Cette hormone contrebalancerait l'action du système rénine angiotensine aldostérone.

16. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque • Hormone peptidique de 28 acides aminés, avec un pont disulfure. • Le peptide natriurétique est sécrété par l’atrium de l’oreillette cardiaque lorsque le volume sanguin s’accroît. • Le peptide natriurétique agit en provoquant une vasodilatation rénale, s’accompagnant d’un accroissement de la diurèse, ainsi que l’inhibition de la sécrétion de l’aldostérone. • Des neuropeptides hypothalamiques, inhibiteurs des pompes à Sodium rénales ont un effetanalogue.

17. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque Le sang Le tissu sanguin est composé de cellules sanguines pour 40% du volume total et de plasma ou sérum sanguin pour les 60% restants. Il représente chez l’homme environ 8% du poids corporel total. Il a différentes fonctions comme : ·      Le transport de l’oxygène, d’hormones et des nutriments, l’élimination de déchets métaboliques comme le dioxyde de carbone. ·        La défense de l’organisme, la lutte contre les corps étrangers. ·        La régulation thermique corporelle à 36,5°C. ·        La capacité de coaguler. ·        Équilibrer le pH grâce à un système tampon.

18. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque On compte plusieurs types de cellules dans le sang. Les globules rouges ou les hématies renferment un pigment de couleur rouge appelé hémoglobine, fixateur de l’oxygène. Elles sont renouvelées dans la moelle osseuse, phénomène appelé hématopoïèse. On compte environ cinq millions de globules rouges par mm cube de sang et représente 99% du volume sanguin. Les globules blancs ou leucocytes dont le rôle est la défense de l’organisme. Ils sont produits également par la moelle osseuse et les ganglions lymphatiques. Leur densité est de l’ordre de 5000 à 6000 par mm cube. Les plaquettes appelées aussi thrombocytes, participent à la coagulation sanguine. La densité des plaquettes est de 200 mille à 300 mille par mm cube. Le plasma est le liquide contenant toutes les cellules sanguines et d’autres substances comme des protéines (globuline…), des déchets métaboliques (acide urique ou lactique…), des nutriments (glucose, acides aminés…) ou encore des sels minéraux (sodium, magnésium, potassium…).

19. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque Le sang est aspiré des veines par la contraction des oreillettes qui envoie celui-ci dans les ventricules qui à leur tour, éjectent le sang dans les artères. La phase de contraction porte le nom de systole et la phase de repos qui lui succède, diastole. Des valvules entre les oreillettes et les ventricules empêchent le retour du sang. Le cycle systole/diastole dure environ une seconde. On parle de volume d’éjection systolique, c’est la quantité de sang envoyée par systole. Elle est de l’ordre de 70ml et peut atteindre le double de cette valeur. La notion de débit cardiaque est donnée par le volume d’éjection systolique multiplié par le nombre de contractions à la minute, soit la fréquence cardiaque : Débit Qc = Fc X Ves Soit par exemple au repos : Qc = 70 bat./min x 70ml = 4,90 litres/min

20. PaO2 : Ventilation Diffusion Transport Sanguin : Fonction de l’âge Structurel vasculaire Transport Sanguin : Fonction de l’entraînement Diffusion Tissulaire Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque Équation de Fick

21. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque Régulation et automatisme Le cœur fonctionne de façon autonome grâce au tissu nodal situé dans l’oreillette droite, contrôlé par le système nerveux ortho et parasympathiques. Le cœur comporte une régulation locale et centrale. La régulation locale est un réflexe myotatique myocardique. L’étirement du myocarde entraîne une contraction plus forte afin d’éviter les engorgements. La régulation centrale correspond à un système de boucle nerveuse avec des voies sensitives et des voies motrices. Les voies motrices sont constituées de neurones orthosympathiques à effet cardioaccélérateur et de neurones parasympathiques à effet cardiomodérateur. Les voies sensitives sont constituées de neurones sensitifs qui véhiculent les infos vers les centres cardiorégulateurs. En fonction des réponses motrices, le myocarde et les muscles lisses des vaisseaux jouent le rôle d’effecteurs.

22. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque Le cœur étant un organe contractile, il est constamment soumis à des excitations nerveuses de nature automatique. Elles sont engendrées et se propagent grâce à un réseau nerveux noyé dans l'épaisseur du myocarde : le tissu nodal. Il s'agit en quelque sorte d'un circuit électrique comprenant le nœud sinusal situé dans l'oreillette droite et commandant la fréquence cardiaque (un cœur doit normalement battre à la fréquence de 60 à 75 pulsations par minute). Le nœud auriculoventriculaire, autre constituant du système nerveux autonome du cœur, est situé à la jonction des oreillettes et des ventricules, et se prolonge vers les deux ventricules par le faisceau de His. Cela permet le passage de l'influx nerveux vers les deux ventricules. Cet ensemble de "circuits électriques " est sous les ordres du système nerveux végétatif, également appelé système nerveux autonome. Il est aussi sous l'influence de plusieurs hormones : l'adrénaline, la noradrénaline, la dopamine.

23. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque Vocabulaire: Bradycardie : Ralentissement de la FC Tachycardie : Augmentation de la FC Vasodilatation : Augmentation de la taille des capillaires Vasoconstriction : Diminution de la taille des capillaires

24. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque Les différents capteurs informant les centres cardio-régulateurs : ·    Les mécanorécepteurs sont les récepteurs proprioceptifs aux mouvements. Le mouvement a un effet cardioaccélérateur et réciproquement. ·       Les thermorécepteurs à la chaleur, ils sont centraux, au froid, ils sont périphériques. La chaleur est cardioaccélératrice. ·        Les barorécepteurs sont sensibles à la pression artérielle. Si la pression augmente alors la réponse est cardiomodératrice. ·        Les bêta récepteurs sont sensibles aux agents hormonaux comme la noradrénaline ou l’adrénaline, hormones circulantes dans le sang, elles entraînent une réponse cardioaccélératrice. ·        Les chémorécepteurs (récepteurs chimiques) centraux du liquide céphalo-rachidien sont sensibles à l’acidité. Une forte acidose entraîne un effet cardioaccélérateur.

25. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque Il y a trois types de circulation en fonction du type de vaisseaux : ·        La circulation artérielle où le sang est à haute pression. La pression artérielle de repos est de 12/7 de centimètres de mercure, en moyenne. Le premier chiffre correspond à la pression systolique, le second à la diastole. L’artère est de gros diamètre, épaisse et constituée de muscles lisses et de tissus conjonctifs élastiques. L’élasticité permet d’emmagasiner le sang lors de la systole et de le redistribuer lors de la diastole. C’est dans l’aorte que la pression artérielle est la plus forte, elle diminue au fur et à mesure que l’on s’éloigne du cœur (tout comme la vitesse d’écoulement du sang). La pression artérielle est maintenue grâce à un volume de sang régulé par des organes comme le foie ou les poumons qui jouent le rôle de tampon. ·        La circulation capillaire et veineuse : C’est à ce niveau qu’ont lieu les échanges. Les capillaires sont des vaisseaux si fins que leurs parois assurent la perméabilité de l’oxygène, de l’eau, du glucose… Une très basse pression (3 cm/hg) et une faible vitesse d’écoulement laissent le temps aux échanges de se réaliser. Tous les réseaux de capillaires ne se dilatent pas en même temps : seulement là où la demande en échange est forte comme un muscle au travail par exemple. La fonction des veines est de ramener le sang appauvri vers le cœur. La pression est faible dans ces dernières (2 cm/Hg au repos), et la pesanteur limite la remontée du sang. C’est pourquoi les veines sont munies de valvules (figure 35). Plusieurs mécanismes permettent au sang de revenir vers le cœur : les contractions musculaires, l’appui plantaire, la dépression de l’oreillette droite du cœur. ·        La circulation lymphatique véhicule un liquide nommé lymphe. Les veines lymphatiques ramènent dans la circulation sanguine les excès de liquides des tissus et les protéines filtrées des capillaires. Comme toutes veines, les vaisseaux lymphatiques contiennent des valvules afin d’empêcher le retour de la lymphe. Sur le réseau lymphatique se trouvent des ganglions dont le rôle est de filtrer les molécules néfastes avant d’atteindre le sang.

26. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque La fréquence cardiaque est le reflet de l'activité sportive… vo2 f.c lactates puissance

27. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque La fréquence cardiaque est le reflet de l'activité sportive…

28. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque La fréquence cardiaque est le reflet de l'activité sportive… La fréquence cardiaque est généralement définie comme le nombre de contractions ventriculaires par minute tels qu'on peut le définir avec un ECG. En condition aérobie stable, elle reflète la demande métabolique. Se propageant le long des artères périphériques. Le pouls est la fréquence des ondes de pression.

29. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque Indice Ruffier, Ruffier-Dickson • P1 = Fc repos; • P2 = Fc 30 flexions (en 45‘‘); • P3 = FC récup après 1‘ • Ruffier • ● I = [P1 + P2 + P3 – 200] / 10 • I = 0  coeur exceptionnel • 0 < I < 5  coeur robuste entraîné • 5 < I < 10  coeur banal • 10 < I < 15  coeur faible • 15 < I < 20  dangereusement faible

30. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque • Ruffier-Dickson • (diminue l´importance de la FC de repos) • ● I = [(P2 – 70) + 2 * (P3 – P1)] /10 • I < 0  excellent • 0 < I < 2  très bon • 2 < I < 4  bon • 4 < I < 6  moyen • 6 < I < 8  faible • 8 < I < 10  très faible • I > 10  médiocre

31. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque Problème : Il tient compte de la FC de repos ; or celle-ci varie... Il fait intervenir la Fc après 1 minute de récupération ; or l'effort est trop court et trop peu intense pour mettre en route le système cardiovasculaire de manière importante... Il fait faire des flexions ; or cet exercice est mal standardisé, la même flexion demande de l'énergie en fonction de l'équilibre des personnes... => Très mauvaise corrélation ! (Pourquoi est-il encore pratiqué??)

32. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque La fréquence cardiaque de repos : Prendre sa FC de repos… Facteurs d'influence de la FC de repos : Émotion Température Altitude Humidité Stress Taille Àge

33. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque FC max théorique… • 220 - âge +/- 10 bpm • 226 - âge +/- 10 bpm pour les femmes • (Fox, Haskell 1970, Astrand 1980) • 210 - 0.65 âge • (Lange- Andersen, 1988) • 205,8 – 0,685 * âge ± 6,4 • (Inbar 1994) • 208 – 0.7 âge R = 0,81 • (Tanaka et al. JACC 2001) Fleg JL et al. J Appl Physiol 1995

34. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque FC max théorique… Chatard (2001) : - Pour un âge donné la variabilité de la relation entre âge et FCmax est supérieure à 10 bpm. Le graphique suivant représente cette variabilité pour un groupe de 116 femmes de 44 à 88 ans.

35. Sédentaire Sportif Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque Sportif vs Sédentaire

36. DC l/min 35 25 15 5 Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque Sportif vs Sédentaire Adaptations du débit cardiaque Sportif Séd.

37. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque ·        FC et récupération : Billat (1998) : * La réserve cardiaque est définie comme la différence entre le débit cardiaque maximal et le débit cardiaque de repos. Pour une réserve cardiaque importante, il faut ainsi que la FC de repos soit basse, la FC max élevée et un VES important.

38. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque * Le pourcentage de FCmax est calculé selon Karnoven (1983) : %FCmax = (FC exercice – FC repos) / (FCmax – FC repos). Fréquence cardiaque de réserve : FC réserve = FCmax - FCrepos

39. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque X (28 ans) doit courir entre 65 et 75 % de sa fréquence cardiaque pour faire de l’angiogénèse = capillarisation En fait il faut connaître sa FC max. 220 – Age = 192… La véritable par test : 201… Donc, x devrait courir avec une FC théorique (192 X 65% = 124) jusqu’à (192 X 75%=144). Mais, x devrait courir avec une FC réelle de (201 X 65% = 130) jusqu’à (201 X 75%=150). Cela veut dire que l’on ne tient pas compte de la fréquence cardiaque de repos… X à 55 bpm au repos. C’est la formule de Karnoven (220 - Age – FC de repos) = Fc de réserve. Pour x, 201 – 55 = 146 . X doit donc courir à 65% de sa FC de réserve, soit 146 X 65% = 95. FC de repos 55 + 65% de sa Fc de réserve = 150 FC de repos 55 + 75% de sa Fc de réserve = 164 124…144 130…150 150…164!

40. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque

41. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque Contrôle par la Fc ou par la VAM ? • Avant entraînement • vo2m: 50ml/kg/mn Vam: 14 km /h Fcmax:190/mn • 80 % : 40 ml /kg /mn Vitesse:12 km/h 85 % :163/mn • Après entraînement efficace • vo2m : 60ml/kg/mn Vam: 16 km/h Fcmax :190/mn • 80 % : 48ml/kg/mn Vitesse:14 km/h 85 %:163/mn • donc • 40ml/kg/mn: 67%vO2m Vitesse:12km/h 72%:137/mn

42. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque Contrôle par la Fc ou par la VAM ? Est-ce que deux coureurs de 20 ans qui ont la même Vitesse Aérobie Maximale et la même Fréquence Cardiaque maximale, même FC de repos et le même profil (mêmes performances) doivent s’entraîner aux mêmes Fréquences Cardiaques ?

43. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque Contrôle par la Fc ou par la VAM ?

44. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque TECHNIQUE INTERMITTENTE • Biscotti (2001) Le coût des freinages et accélérations

45. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque * Relation FC cible calculé en terme de % de la FC max et de FC max de réserve.

46. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque VMA – VO2 et INTERMITTENTS • Dupont et al. (1999) ont fait réaliser du 15 – 15 (récupération passive) à différentes intensités (110 – 120 – 130 et 140% de VMA)

47. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque * La FC augmente souvent avant le début de l´effort, il s´agit d´une réponse anticipée liée à la libération d´un neurotransmetteur, la noradrénaline par le système nerveux sympathique et d´une hormone, l´adrénaline par la médullaire surrénale. A l´inverse, toute stimulation vagale (d´origine émotive) la diminue. * Le volume d´éjection systolique augmente à l´exercice jusqu´à une intensité d´effort correspondant à 40 – 60% du max (voire 100% dans le haut niveau…). * Lors d´un exercice prolongé, l´élimination de la chaleur par voie sudorale s´effectue au détriment du volume plasmatique qui diminue. La diminution du volume plasmatique associé à la redistribution de la masse sanguine vers la peau réduisent le retour veineux, c´est à dire le volume télédiastolique. Comme le Vs = VTD – VTS, le volume d´éjection systolique diminue également. Pour maintenir une même puissance d´effort, et donc le débit cardiaque, on assiste à une augmentation de la FC.

48. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque Interpréter des courbes… • Régulation de la durée de la récupération à partir de l’analyse de la dérive de la FC. • La dérive pulsatile signe un déficit d’adaptation.

49. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque Interpréter des courbes…

50. Physiologie des APS - Cœur / Fréquence cardiaque Interpréter des courbes…