PHYSIOLOGIE DE L’EXERCICE

Dr grillon jean-Luc

Médecin Conseiller

Direction Régionale et départementale de la Jeunesse et des Sports

Champagne-Ardenne et Marne

6 formes d’énergie

nucléaire

chimique

mécanique électrique

thermique lumineuse

PREMIERE LOI DE LA THERMODYNAMIQUE

Energie ni créée, ni détruite

Transformation d’une forme en une autre

MONDE VIVANT ET ENERGIE

Soleil ( très haute température ) fusion nucléaire énergie lumineuse

lipides

protéines H2o

Énergie chimique plantes glucose

Chez l’Homme + O2

CO2

glucose

chlorophylle

OXYDATION DU GLUCOSE

C6H12O2 + 6O2 6 CO2 + 6 H2O + énergie

Énergie 30% 38 %

Mécanique ATP chaleur

chaleur ( 70% ) ADP

DETERMINANTS DE LA VO2 MAX

- VO2 = Q C x d ( a – v ) O2

- Qc = V.E.S. x F.C

- V.E.S. = volume d’éjection systolique

- F.C. = fréquence cardiaque

- d ( a – v ) O2 = différence artério -veineuse en oxygène

VO2 AU REPOS

- Sédentaire

QC = 70 x 70 = 5l / min.

d ( a – v ) O2 = 0.2 – 0.15 = 0.05 l d’O2 / l de sang

VO2 = 0.250 l / min.

- Entraîné

QC = 100 x 50 = 5 l / min.

d ( a – v ) O2 = 0.2 – 0.15 = 0.05 l d’O2 / l de sang

VO2 = 0.250 l / min.

VO2 à L’EFFORT MAXIMAL

- Sédentaire

QC = 100 x 200 = 20l / min.

∆ ( a – v ) O2 = 0.2 – 0.05 = 0.15 l d’O2 / l de sang

VO2 Max = 3l / min. ( soit pour un sujet de 70 kg : VO2 Max = 3 / 70 x 1000 = 43ml / min. / kg )

- Entraîné

QC = 150 x 200 = 30l / min.

∆ ( a – v ) O2 = 0.2 – 0.03 = 0.17l d’O2 / l de sang

VO2 Max = 5.1l / min.( soit pour un sujet de 70 kg : VO2 Max = 5.1 / 70 x 1000 = 73 ml / min. / kg )

RENDEMENT MACHINE HUMAINE

Ex: ergocycle : 200 W

VO2 : 2.5 l / minute

Equiv. Énerg. Litre d’O2 = 5 Kcal

dépense 5 x 2.5 = 12.5 Kcal / min. Soit 208 cal / sec.

1 cal. = 4.18 J

dépense 208 x 4.18 = 870 Watts

1 W = 1 J / sec.

Rendement D = 200 / 870 = 23%

RELATION ENERGIE, VITESSE, ET COÛT ENERGETIQUE

V ( vitesse ) = E ( puissance métabolique développée )

C ( coût énergétique du déplacement )

Pour augmenter V augmenter E ou diminuer C ( ou les 2 simultanément )

CONDITIONS MAXIMALES

E Max = Ean t – 1 + PMA – PMA ( b ) t –1

Anaérobie lactique Puissance Vo2 Max non obtenue

et alactique Maximale au début de l’exercice

Aérobie 10% de E Max à 40’’

1.5 % de E Max à 10’

CONDITIONS MAXIMALES AEROBIES ( 4’ à 10’ )

V.M.A. = VO2 Max

C

CONDITIONS D’ENDURANCE

Vend = F. VO2 Max

C

F = 1 si effort < 10’ ( V. BILLAT, 1988 )

F diminue ensuite Facteur limitant de l’effort

( notion de seuil anaérobie pour efforts de 10’à 1h )

FACTEURS LIMITANTS ( 1 )

Efforts de 10’’ - réserves ATP + CP

- technique

Efforts de 4 à 10’ - Puissance voie anaérobie

( P.F.K. = enzyme limitante )

- Puissance aérobie ( alpha cetoglutarate deshydrogenase = enzyme limitante )

FACTEURS LIMITANTS ( 2 )

Efforts de 10’ à 1h : seuil anaérobie

( détection par méthodes sur protocole de 20 à 25’ )

Efforts de 1h à 3h : dépletion en glycogène

Efforts de + de 3h : Médiateurs cérébraux

de la fatigue ( serotonine, tryptophane )

CARACTERISTIQUES D’UN PROTOCOLE

- Type d’ergomètre ( cycloergomètre, tapis roulant, ergorameur, etc ….)

- Palier de départ

- Durée des paliers

- Incrémentation

- Présence de pauses ( actives ou passives )

- Récupération

Paramètres mesurés

� Vitesse ou puissance � Fréquence cardiaque (F.C.), et pression artérielle (P.A.)

� Tracé E.C.G. : 12 dérivations au départ (ergocycle) Simplification ensuite

� Fréquence respiratoire : (F.R.) � Volume courant : (V.T.)� Débit ventilatoire (E)� Consommation d’oxygène� Débit de production de CO2 (VCO2)� Quotient respiratoire (Q.R.)� Lactatémie

1 exemple de méthode invasive avec protocole triangulaire

Protocole

- Cycloergomètre ou tapis roulant

- Palier de départ : 100 à 150 watts ( ou 8 ou 10 km / h )

- Durée des paliers : 3 ou 4’

- Pauses : 1’ environ (recueil sang artérialisé)

- Incrémentation : 50 watts ( ou 2 km / h )

- Tapis : pente 3%

Courbe obtenue (exemple)

1 exemple de méthode non invasive avec protocole triangulaire.

� � protocole cycloergomètre ou tapis roulant� palier de départ : 105 ou 120 Watts

(8 ou 10 Km/h)� palier de 1’� pause = 0� incrémentation 15 W (ou 0,5 Km/h)

� � courbes obtenues

Relation entre le pourcentage de la VO2 Max (ou % âge de P.M.A.) et

pourcentage de F.C. Max

Métabolisme acide lactique

Glucose Acide pyruvique acetylCOA

LDH

Lactate Acide Lactique(ex : Lactate de Na)

H+

Début de l’effort

� Activité LDH >>> activité enzymes oxydatives

Formation de lactate ++ quand apparaît

un excès de pyruvate = Lactate précoce

Devenir du Lactate

� Transport facilité (protéine transporteuse)

� 2 voies d’élimination ( ou consommation)

20% 50 à 80%

coeur

oxydation musclessquelettiques

neoglucogénèse foie

Lactatémie

C’est la résultante des débits de production et de consommation de l’acide lactique au niveau de l’organisme

� production > consommation + de lactatémie

� Consommation > production - de lactatémie

� production = consommation Etat stable dynamique

(Turn-over X par 3)

� Un muscle, une partie de muscle peut être producteur puis consommateur de lactate en fonction de sa sollicitation.

Evaluation lactatémie pour des efforts de 15’

Valeurs lactatémie

� repos : 1mmol / l

� effort maximal : 15 voire 20 mmol / l

� A l’état stable dynamique, la lactatémiepeut être de 2, 4, 6 voire 10 mmol /l

Facteurs influençant la lactatémie (1) pour une même intensité d’effort

� Différences inter-individuelles

� Protocole d’effort

. incrémentation > 30 w

. pause préalable (active ou passive)

� Efforts préalable < 48h : diminution de lalactatémie

Augmentation de l’ intensité au seuil

Facteurs influencant la lactatémie (2) pour une même intensité d’effort

� nature du prélèvement (veineux ou artérialisé)

� ergomètre utilisé : pour une même VO2 :lactatémie rameur > lactatémie cycle >lactatémie tapis

� niveau d’entraînement : courbe déviée vers la droite chez le sujet entraîné par rapport au sujet non entraîné (clairance du lactate très élevée chez le sportif de très haut niveau).

Interprétation de la courbelactatémie / intensité d’effort

� Selon WASSERMAN K. et d’autres

� Seuil aérobie : lactatémie à 2mmol / l

� Seuil anaérobie : lactatémie à 4mmol / l

Résultat pouvant être exploités

� Les valeurs 2 et 4 mmoles / litre présentent trop de variabilité interindividuelles pour pouvoir être exploiter comme telles.

� Cependant, pour un même individu, et dans des conditions rigoureusement identiques (efforts préalables, protocole), un déplacement de la courbe lactatémie vers la droite signe une amélioration de ses capacités d’endurance

Interprétation de la courbe débit ventilatoire / intensité de l’effort

� Selon de nombreux auteurs (Wasserman, Hollmann,Jousselin E., …), la rupture de la courbe VE / intensité sans augmentation de VE / VCO2 (élimination d’autres causes : douleur, …) est la méthode de référence pour déterminer le seuil anaérobie.

� Recommandation : double lecture de la courbe.

Physiologie de la rupture de courbe VE / intensité ou VE / VO2 (1).

A l’effort d’intensité < 55% de VO2 Max, augmentation

VE proportionnelle à l’augmentation de VO2

et à production de CO2 : linéarité de la courbe.

L’équivalent VE / VO2 = 20 à 25 litres d’air pour 1 litre d’O2 consommé.

Physiologie de la rupture de courbe VE / intensité (2).

A l’effort d’intensité plus élevée ( plus de 60% de VO2 Max pour le sédentaire, plus de 80% de VO2 pour le sujet entraîné )

� La production d’acide lactique est supérieure à sa consommation Excès de lactate tamponnée par les biocarbonates.

Acide lactique + NaHCO3 Lactate de Na + H2 CO3

� L’excès de CO2 H2O + CO2

� Elimination par ventilation supplémentaire (4l / min par mEq/l de baisse de bicarbonate)

� rupture courbe VE / VO2

Equivalent ventilatoire : 35 à 40 litres d’air / litre d’O2 consommé

DOCUMENTS REALISES PAR LES MEMBRES DU PÔLE SANTE DE LA D.R.D.J.S. DE CHAMPAGNE –

ARDENNE ET DE LA MARNE

Jean–Luc GRILLON

Jean–Paul MONCHABLON

Secrétariat :NATHALIE JUNG

Réalisation des diaporamas : Alain DRUMONT( Powerpoint 2000 )