Adaptation à l’effort physique et Adaptation à l’effort physique et à altitude… à altitude…

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Pr Lotfi ACHOURPr Lotfi ACHOUR

2012-20132012-2013

22éme éme Année Licence FondamentaleAnnée Licence Fondamentale

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Altitude en mètresPression

atmosphérique en mmHg

Pourcentage de dioxygène restant

0 760 100

1000 674,1 88,7

2000 596,3 78,5

3000 526 69,2

3500 493,4 64,9

4000 462,5 60,9

4500 432 56,8

5000 405,4 53,3

6000 354,2 46,6

7000 308,3 40,6

8000 267,4 35,2

8848 236,3 31,1

Effet de l’altitude sur la pression et Effet de l’altitude sur la pression et l’oxygène atmosphérique l’oxygène atmosphérique

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L’ Environnement en altitudeL’ Environnement en altitude

Paramètres atmosphériques

Rayonnements UV 4% par 300 m

Problème Cutanés/ophtalmiques

T de 1°C par 150 m (à l’ombre). Thermorégulation

Humidité avec l’altitude Hyper réaction bronchique

Patm. avec l’altitude de façon exponentielle Stress hypoxique

44

Effet de l’hypoxie Effet de l’hypoxie

55

La baisse des performances avec l’altitude La baisse des performances avec l’altitude

Comment s’adapter aux différentes altitudes ? :On peut noter ces règles d’or pour le sportif :

-ne pas monter trop vite, trop haut,

-pour les sommets, monter suffisamment haut pour s’acclimater,

- ne pas rester trop haut, trop longtemps.

IntroductionIntroduction

Exercice physique = stress

Besoins métaboliques (énergétiques) accrusAugmentation de la consommation d’O2

Adaptations

du système respiratoire

du système cardiovasculaire

du système endocrinien66

L’effet de l’effort physiqueL’effet de l’effort physique

Consommation d’O2

Au repos: 250-300 ml/min

Activité modérée : 0,3 –1 l/min

Activité soutenue : 1 –2 l/min

Activité intense : > 2 l/min

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Adaptation endocrinienneAdaptation endocrinienneà l’exerciceà l’exercice

88

Adaptations endocriniennes à l’exercice

Le problème: exercice

1- Accumulation de produits métaboliques

2- Mouvements d’eau entre les différents compartiments

Sollicitation du système endocrinienpour maintenir l’homéostasie

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2- La sudation entraîne une diminutiondu volume plasmatique: hémoconcentrationet augmentation de l’osmolarité

3- L’augmentation de l’osmolarité sanguine stimule l’hypothalamus

4- L’hypothalamus stimule la post-hypophyse

5- La post-hypophyse sécrète l’ADH (Anti-diuretic hormone)

6- Effet de l’ADH sur les reins : augmentation de la réabsorption de l’eau

7- Effet sur la volémie par action sur les sorties et correction de l’osmolarité

1- L’activité musculairedéclenche la sudation

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Antéhypophyse

GH : hormone de croissance

TSH :hormone thyréotropeFSHLHProlactine

ACTH : adrénocorticotrope

Anabolisant : stimulation

* de la croissance musculaire

* activation du métabolisme des lipides (lipolyse)

* sécrétion augmentée par l’exercice

Exercice

1111

Thyroïde

T3 et T4 : contrôle du métabolisme

* + synthèse protéique

* + taille et nombre des mitochondries

* + entrée du Glc dans les cellules

* + + glycolyse et de gluconéogénèse

* ++ mobilisation des lipides

1212

Glandes parathyroïde

Homéostasie phosphocalcique

Parathormone (PTH)

L’exercice stimule donc la formation osseuse, -par stimulation de l’absorption intestinale du Ca2+

-par inhibition de l’excrétion urinaire

Exercice

1313

Glandes surrénalesExercice

Médulla surrénalienne

Adrénalinenoradrénaline

activité de force de contraction du cœur de la pression artérielleVasodilatation des vaisseaux musculaires et vasoconstriction des vx cutanés et viscéraux

ventilation

du niveau métabolique Glycogénolyse (foie et muscle) de la libération de Glc et des AGL

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Glandes surrénalesExercice

Cortex surrénalien (corticostéroïdes)

Minéralocorticoïdes (aldostérone: réabsorption de Na+ et d’eau)

Glucocorticoïdes (régulation de la glycémie, épargne du Glc…)

1515

de la sensibilité à l’insuline

(nombre de récepteurs)Chez les sujets entraînés

Evolution durant 3h de pédalage

Insuline

Pancréas endocrine

Régulation de la glycémie

Sujet entraînés

Sujet non entraînésChute de la glycémie

glucagon

1616

Production des globules rouges (érythropoïèse) contrôlée par l’hormone érythropoïétine (EPO) produite par les reins.

voir adaptation à l’altitude

EPO prise illégalement par certains athlètes1717

1818

L’énergie nécessaire a la contraction provient, de l’hydrolyse de l’ATP à partir des phosphagénes, mais ne permet que des exercices de courte durée, c’est la glycolyse anaérobie et aérobie qui vont assurer l’énergie tant que les stocks de glucose et glycogène(hépatique et musculaire) ne sont pas épuisés.

1919

Lors d’exercices de plus longue durée, et pour épargner les stocks de glycogène, ce sont les lipides qui vont être sollicités. Au cours d’un exercice, l’énergie provient donc de la glycolyse en premier, puis de la glycogénolyse, puis de la lipolyse, et enfin de la néoglucogenèse.

Les hormones qui interviennentdonc au niveau du foie pour augmenter la glycogénolyse et la néoglucogenèse de façon àmaintenir une glycémie normale malgré la captation de glucose par les muscles ; elles interviennent aussi au niveau de la lipolyse (cellules adipeuses) pour augmenter la captationdes AGL et leur utilisation.

Adaptation circulatoireAdaptation circulatoireÀ l’effort physiqueÀ l’effort physique

2020

L’adaptation à l’effort du système cardio-vasculaire consiste en une augmentation du débit cardiaque et en une variation de la distribution de la circulation.

1- Mécanismes neurovégétatifs « généraux »

2- Mécanismes régulateurs « locaux »

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1- Mécanismes neurovégétatifs « généraux »

Débit cardiaque passe de 5L/ min à 25 L/min

Zones de l’hypothalamus

Cortex

SNA

Système parasympathique

Système orthosympathique

Activité augmentéeActivité atténuée

Activité cardiaque Activité cardiaqueet vasculaire

Tronc cérébral

2222

AV

Débit cardiaque = Fréquence cardiaque (Fc) x Volume d ’Ejection (VE)débit normal au repos : 5L/min Fc= 72bpm et VE = 70ml

F parasympathiques

(nerf X)

F sympathiques

Fc Fc

vitesse de conduction

(AV)

de la contractilitéau niveau

atrial

vitesse de conduction

(AV)

de la contractilitéau niveau

atrial etventriculaire

2323

2- Mécanismes régulateurs « locaux »

Redistribution de la circulation

2424

Régulation respiratoireRégulation respiratoiredurant l’exercice physiquedurant l’exercice physique

2525

Bulbe générateur de rythme

Augmentation du rythme durant l’exercice

Stimulation des M

respiratoires

2626

Réponse ventilatoire selon l’intensité de l’exercice

5 min d’exercice2727

Ventilation et variation des PressionsPartielles d’O2 et de CO2

2828

Adaptation de l’organisme à l’altitudeAdaptation de l’organisme à l’altitude

2929

3030

L'altitude se traduit par une baisse de la pression atmosphérique (en millibars ou en millimètre de mercure); plus on monte, plus la pression baisse; par exemple à 0 m d'altitude elle est de 760 mmHg, alors qu'à 4808 m elle est de 416.3 mmHg et à 8846 m de 236.3 mmHg.

La pression à une certaine altitude diffère selon le climat et la saison: la pression est plus élevée en été qu'en hiver (c'est dû à la température).

L'altitude se traduit aussi par la baisse de la pression d'O2 dans l'air ambiant : il y a toujours 21% d'O2 mais la quantité d'O2 baisse, car la pression atmosphérique baisse ; en altitude la température baisse aussi, jusqu'à plus de 40°C en dessous de zéro à plus de 8000 m d'altitude.

Qu'est-ce Que L'altitude ?Qu'est-ce Que L'altitude ?

La fréquence cardiaque augmente-t-elle au repos en fonction de l’altitude?

Adaptation de l’organisme à l’altitude Adaptation de l’organisme à l’altitude

La fréquence cardiaque a-t-elle un retour à la normale à la fin du séjour?

3131

3232

Chez l'homme, l'altitude agit surtout sur l'organisme par - la diminution de la pression partielle de l'oxygène dans l'air inspiré, - la diminution de l'air totale, - l'abaissement de la température.

Il s'en suit une hyperventilation, c'est à dire une augmentation de la respiration, une tachycardie, augmentation de fréquence cardiaque, et une augmentation du nombre de globules rouges dans le sang (polyglobulie), à cause de l'hypoxie.

Les effets de l'altitude sur l'hommeLes effets de l'altitude sur l'homme

3333

La diminution de la pression d'oxygène dans l'air inspiré en altitude est compensée,

à court terme, par l'augmentation des rythmes cardiaque et respiratoire et la rétention des fluides dans le corps,

à long terme, par une redistribution sanguine, augmentation considérable du nombre de globules rouges permettant le transport d'oxygène par le sang, des modifications intracellulaires mal connues permettant aux cellules de s'adapter.

Au-delà de 5 500 m environ, la compensation ne permet plus la survie permanente : on observe progressivement une perte des poids avec fonte musculaire, disparition de l'appétit, insomnies, maux de tête, nausées, œdème pulmonaire ou cérébral, perte de conscience.

Modifications physiologiquesModifications physiologiques

L’altitude entraîne un changement dans le fonctionnement

de l’organisme, au niveau cardiaque. Cela correspond bien

à une adaptation de l’organisme suite à un changement de

milieu. Cela permet de compenser le manque de dioxygéne

qui accompagne l’augmentation d’altitude.

L’altitude modifie la fréquence cardiaque au repos en

haute altitude et à la fin du séjour la fréquence cardiaque

retourne à la normale.

Chaque fois que l’altitude augmente la fréquence cardiaque augmente.

3434

FINFIN

3535

3636

A cœur ouvert ...A cœur ouvert ...

le myocardeDroite Gauche

O.D. O.G.

V.D. V.G.

Veine cave sup.

Veine cave inf.

Veines pulmonairesArtères pulmonaires

Artère aorteet ramifications

Valvules

Valvules

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Cœur divisé en 4 cavitésCœur divisé en 4 cavités• Oreillettes droite et gauche

• Ventricules droit et gauche

Le cœur droit est complètement séparé du cœur gauche

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Les orifices de communications entre les oreillettes et les ventricules, à savoir orifice tricuspide à droite et orifice bicuspide à gauche sont munis de valvules.

Il existe un troisième type de valvule à la sortie des ventricules, dites valvules sigmoïdes, à la naissance de l’aorte (VG) et de l’artère pulmonaire (VD).

Valvule cardiaqueValvule cardiaque

Les cellules cardionectrices génèrent spontanément des potentiels d’action qui se propagent à toutes les cellules du cœur.

Les cellules cardionectrices génèrent spontanément des potentiels d’action qui se propagent à toutes les cellules du cœur.

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Circulation dans le coeur

POUMONS

O2 CO2Artères pulmonaires

O. gauche V. gauche

Veines pulmonaires

Aorte

Artères

O. droite V. droit

TISSUSVeines

Veines caves

4141

Innervation extrinsèque du coeurInnervation extrinsèque du coeurInnervation extrinsèque du coeurInnervation extrinsèque du coeur

Influx sympa (centre cardioaccélérateur) augmentation de la fréquence et de la force des contractions

Influx para (centre cardio-inhibiteur) baisse de la fréquence et de la force des contractions

4242

Schéma général de la circulationSchéma général de la circulationSchéma général de la circulationSchéma général de la circulation

Circulation systémique

Circulation pulmonaire

Cœur droit

Cœur gauche

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Variations de pression détectées par des récepteurs nerveux situés dans les carotides et l’aorte : les barorécepteurs.

Les barorécepteurs envoient des influx nerveux au centre cardiovasculaire, centre nerveux du tronc cérébral qui contrôle la pression.

4444

Anatomie: situationAnatomie: situation

4545

• Chaque poumon est recouvert de la plèvreChaque poumon est recouvert de la plèvre Feuillet viscéral Feuillet viscéral Feuillet pariétalFeuillet pariétal Cavité pleuraleCavité pleurale

Poumon et PlèvrePoumon et Plèvre

4646

Espace intra pleuraleEspace intra pleurale

- Pression intra pleurale = - 5 mm Hg / pression atmosphérique

- Mince couche de liquide intra pleurale

Épanchement d’air dans la cavité pleurale = Pneumothorax

Épanchement air sang = Hémothorax

Épanchement liquide air = Pleurésie

4747

L’appareil respiratoire ou l’appareil de L’appareil respiratoire ou l’appareil de ventilation pulmonaireventilation pulmonaire

4848

• Du nez aux bronchiolesDu nez aux bronchioles

Nez, cavité nasaleNez, cavité nasalePharynx, LarynxPharynx, LarynxTrachéeTrachéeBronches Bronches Bronchioles Bronchioles

• Fonctions:Fonctions:Acheminer l’airAcheminer l’airFiltrer l’airFiltrer l’airRéchauffer l’airRéchauffer l’airHumidifier l’airHumidifier l’air

Zone de conductionZone de conduction

4949

Zone respiratoireZone respiratoire

5050

Zone respiratoireZone respiratoire

• Fonctions: Echanges gazeuxFonctions: Echanges gazeux

Bronchioles terminalesBronchioles terminalesAlvéoles et sacs alvéolairesAlvéoles et sacs alvéolaires

• 3 couches constituent la MAC:3 couches constituent la MAC:

Membrane alvéolo-capillaireMembrane alvéolo-capillaire

La mb alvéolaireLa mb alvéolaire Paroi capillaireParoi capillaire Lame basaleLame basale

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Volumes d'air échangés lors d'une respiration normale, d'une inspiration forcée et d'une expiration forcée

réserve inspiratoire(3 L)

capacité vitale(5 L)

volume pulmonaire

total(6 L)

volume courant= volume renouvelé (0,35 L)+ espace mort contenu aux niveau des voies aériennes (0,15 L)(0,5 L)

réserve expiratoire(1,5 L)

Volume résiduel(1 L)

Volumes respiratoiresVolumes respiratoires

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Phase inspiratoirePhase inspiratoire

Contraction des m. insp.Contraction des m. insp. (( Diaphragme + Intercostaux ext.)

Volume cage thoraciqueVolume cage thoracique

Volume pulmonaireVolume pulmonaire

pression intraalvéolaire (ppression intraalvéolaire (palvéolaire alvéolaire < p< patm atm ))

Ecoulement de l’air des zones Ecoulement de l’air des zones de hautes p (envir) vers zone basses p (poumons)de hautes p (envir) vers zone basses p (poumons)

500ml, Volume courant (V500ml, Volume courant (Vcc))

Si inspiration forcée:Si inspiration forcée:Contraction volontaire (MI)

5353

Phase expiratoirePhase expiratoire

Relâchement des muscles inspiratoiresRelâchement des muscles inspiratoires

Volume alvéolaire (élasticité pulmonaire)Volume alvéolaire (élasticité pulmonaire)

pression intrapulmonaire pression intrapulmonaire (palvéolaire > patm )(palvéolaire > patm )

Ecoulement de l’air hors des poumonsEcoulement de l’air hors des poumons

phénomène passifphénomène passif

Sauf si expiration forcée:Sauf si expiration forcée:Abdominaux, Intercostaux IntAbdominaux, Intercostaux Int

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Régulation de la ventilation au reposRégulation de la ventilation au repos

• Au repos, Ventilation minute = 6 l.mnAu repos, Ventilation minute = 6 l.mn-1-1

Ventilation mn = Vc x FrVentilation mn = Vc x Fr

Vc: Volume courant, 0,5 lVc: Volume courant, 0,5 lFr: Fréquence respiratoire, 12Fr: Fréquence respiratoire, 12

AmplitudeAmplituderespiratoirerespiratoire

Rythme Rythme respiratoirerespiratoire

Centres respiratoiresCentres respiratoiresDu bulbe rachidien et pontDu bulbe rachidien et pont

5555

Générateur de rythme

bulbe

Régulation de la respiration

Mécanorécepteurs

Chémorécepteurs

pO2, pCO2 et pH