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VO2 max
Déterminants de la VO2 max
Extraction tissulaire
FonctionHématopoïétique
FonctionRespiratoire
Système nerveux autonome
InotropismePostcharge
Retour veineuxprécharge
FC x ( VTD - VTS ) x Hb* x (Sa O2 - Sv O2)
VO2 = Débit Cardiaque x Différence artério-veineuse en O2 Qc x (CaO2 - CvO2)
( Hb* = Hb x pouvoir oxyphorique Hb)
Facteurs déterminants la performance cardiaque
• Précharge longueur initiale des fibres
• Retour veineux
• Compliance ventriculaire
• Postcharge résistance à l’éjection
• Contrainte pariétale
• Contractilité force pour une L init. donnée
• Intrinseque
• extrinseque
• Effet de le fréquence cardiaque
Adaptation aigue : modification de fonctionchronique : modification de structure
• Précharge
• Postcharge
• Contractilité sensibilité Ca ++
• Intrinseque flux calciques
myosine, iso enz.
SNA• extrinseque
Ca ++
• Effet de le fréquence cardiaque
Facteurs déterminants la performance cardiaque
Rôle de l’augmentation de FCdans l’augmentation du Débit Cardiaque
0
20
40
60
80
100
0 50 100 150 200 250FC
0
1
2
3
4
5VES ml DC l/min
20
60
100
140
180
220
0 50 100% VO2max
-25
-15
-5
5
15
25
FC VES ml DC l/min
Astrand et al. J Appl Physiol 19,268-277,1964
Au cours de l’exercice:
Pas d’ du DC avec l’ de FC si le VES n’ augmente pas
Rôle +++ de l’ du Retour Veineux
EFFETS DE LA DÉNERVATIONSur coeur dénervé, après transplantation cardiaque :rôle prépondérant des facteurs circulants dans le contrôle de la FC
La FC ne bouge pas pendant 50 à 60 s• au début • et à l'arrêt de l'exercice.
L'augmentation et la diminutionde FC est reliée linéairement àla concentration plasmatique deNoradrénaline (2.5 cpm par100 pg/ml de NA)
10 min exercice à 50 W
FC
t NA
FC
100 pg/mL
2.5 /min
Perini R et al. Europ J App Physiol66,500-506,1993
Heart rate during exercise & Heart transplantation
Heart rate Plasma norepinephrine
Haschida M. Transplant Proc 31,1966-1969,1999
Transplanted Transplanted
Control
Control
Cavalcanti S et al. Clin Science 92,351-359,1997
Para ΣΣ
ΣΣ
Heart rate variability
Spectral analysis
Heart rate variability - Tilt test
Guidelines - Heart rate variability -Task force of the European Society of Cardiology
Europ Heart J 17,354-381,1996
Effet de l’entrainement
Sédentaires Sportifs
Pic HF (para sympathique)
0
500
1000
1500
2000
2500
Jour
Nuit
Tonus vagal x 4Id. mais + faible pour HF/LF
Goldsmith RL et al. J Am Coll Cardiol 20,552-558,1992
Heart rate variability - Training (aerobic 6 months) & Aging (30 < 71y)
Levy WC et al. Am J Cardiol 82,1236-1241,1998
Young
Young
Old
Old
Cardiac autonomic regulation after exercise
Hayashi N et al. Ann Physiol Anthropol 11:333-338,1992
HF peak 10 min after exercise
0
100
200
300
400
500
600
700
Control 20% FC max 100% FC max
•• Retour veineux (Guyton)
• volémie
• vasomotricité
• Compliance ventriculaire• Propriétés passives paroi VG / relaxation
• Pression intra thoracique / péricarde
• Equilibre VD/VG
Notion de pression transmurale ( PTM)
• Postcharge
• Contractilité
• Effet de le fréquence cardiaque
Précharge
DC RV
PTD - VTD
Venous return & skeletal muscle contraction
Effet de l’activation des pompes veineuses par la marchesur la veine dorsale du pied
D’après Samson Wright 1980
Atrial natriuretic peptide during acute andprolonged exercise in well-trained men.
Goodman JL et al. Int J Sports Med 1993 May;14(4):185-90
150 min exercise at 70-74% HRmaxMaximal exercise
ANP pg / ml ANP pg / ml
0
10
20
30
40
50
60
Rest Max 3 min after Ex
0
5
10
15
20
25
30
Rest 50 min 100 min 150 min
Adaptation à l’exercice du volume sanguin circulant
Mier CM et al. J appl Physiol 83,1900-1906,1997
Homme jeune : Entrainement 10 jours en endurance
10.2 % VO2 max
6 % FC repos
6.3 % Vol sanguin circulant
Shi X et al. Med Sci Sports Exerc 1995 Oct;27(10):1406-13
Homme jeune : Entrainement 8 mois en endurance
27 % VO2 max
10 % FC repos
16 % Vol sanguin circulant
Luelheimer MJ et al. Med Sports Sci Exercise 26,503-509,1994
C’est l’hypervolémie qui la performance induite par
l’exercice musculaire ou la perfusion de Dextran
Remplissage ventriculaire
Vitesse de remplissage diastolique
0
100
200
300
400
500
600
700
Sujets jeunes(24/32 ans)
Sujets agés(60/82 ans)
Basal
Exercice
Après 6 mois d’entrainement aérobie :
Vit. Rempl. Diast + 14%Masse VG + 8%MVO2 + 19%
dans les 2 groupes
+ P de remplissage chez les sujets agés
Circulation 88,116-126,1993
Amélioration hémodynamique
+ liée à l’augmentation du VSCqu’aux modif de compliance VG
Exercise training, aging, and collagenin rat heart (LV not in RV)
Collagen %
0
2
4
6
8
10
Younguntrained
Youngtrained
Olduntrained
Old trained
OH-lysyl pyridinolinecross linking (mol/mol coll.)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Younguntrained
Youngtrained
Olduntrained
Old trained
**,** * *,**
Thomas DP, Cotter TA, McCormick RJ Gosselin LEEur J Appl Physiol 85 , 164 - 169 , 2001
• Précharge
•Contrainte pariétaleContrainte pariétale ( F / S )( F / S ) Paramètre régulé
Rôle de la géométrie ventriculaire
Laplace σσ = P x r / h x f( a ,b )
Rôle de l’impédance artérielle
Z = f ( R, L, C, f )
• Contractilité
• Effet de le fréquence cardiaqueL
Postcharge
S
F
hr1
r2
GÉOMÉTRIE VENTRICULAIRE ET CONTRAINTE PARIÉTALE
σσ = P x r / h x f( a ,b )
Surcharge barométrique
h / r
Surcharge volumétrique
h / r
P
r
h
h
Remodelage ventriculaire et Athlétisme JO de Montreal 1976
Laurenceau JL PhD Thesis
60
80
100
120
140
160
180
200
220
Gymnas
tes
Univer
sita
ires
Escrim
e
Fondeurs
Univ
ersi
taire
s
Natat
ion (4
00-1
500m
)
Natat
ion (1
00-2
00m
)
Cyclis
me
(sprin
t)Ju
do
Moye
nne oly
mpiq
ue
Canoe
Aviro
n
Cyclis
me
(longue
dista
nce)
Masse VG ( g / m2 SC)
Remodelage ventriculaire et Athlétisme JO de Montreal 1976
DiametreDiastolique VG (mm)
Laurenceau JL PhD Thesis
35
40
45
50
55
60
65
Gymnas
tes
Univer
sita
ires
Escrim
e
Fondeurs
Univ
ersi
taire
s
Natat
ion (4
00-1
500m
)
Natat
ion (1
00-2
00m
)
Cyclis
me
(sprin
t)
Judo
Moye
nne oly
mpiq
ue
Canoe
Aviro
n
Cyclis
me
(longue
dista
nce)
35
40
45
50
55
60
65
Gymnas
tes
Univer
sita
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Escrim
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Fondeurs
Univ
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Natat
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Cyclis
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Judo
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Canoe
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Cyclis
me
(longue
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nce)
60
80
100
120
140
160
180
200
220
Géométrie ventriculaire et entrainement
PP VG
DD VG
Enfants 6 à 17 ans Enfants 11 à 14 ans
Compliance artérielleVitesse de propagation de l’onde de pressionMoens Koteweg :
c = E h / 2 r ρρ
Eugene M et al J Physiol 78,821-826,1982
Sujets sédentaires et sujetspratiquant le cyclisme en club
Sédentaires
Cyclistes
Compliance artérielle et adaptation cardiovasculaire à l’exercice
Etudiants de 17 à 19 anssédentaires ou pratiquant unsport à différents niveaux
Relation entre la VOP etl’aptitude à l’exercice
Eugene M et al J Appl Physiol 61,1720-1723,1986
Angiogénèse
Muscle squeletique
Muscle cardiaque
• Chez l’homme 1 h après exercice sous-max de longue duréeen normoxie et en hypoxie
du VEGFsans modif de l’ARNm du FGF
(Richardson RS Am J Physiol 1999)
VEGF (vasc endoth growth factor)
0
5
10
15
20
25
Rest Ex O2 5% Ex O2 20%
Chez le rat :• dilatation partie veineuse du capillaire coronaire augmentation de la densité capillaire• ou dilatation de la partie artérielle du capillaire
(Koyama T. Jpn J Physiol 48,229-241,1998)
Voir revue par Laughlin MH (Med Sportd Sci Exerc 30,352-360,1998)
Contractilité
• Entrainement chronique souris (nage 90 min 2x/j 4 s).
Objectivé par : 16 % Pds coeur / Pds corporel 20 % FC à l’exercice sous-maximal 60 % Activité Succ DH Muscle squelettique
Pas de modif de [myosine] ni de l’activité de la myosine ATPase
(Kaplan Am J Physiol 1994)
• Chez l’homme 99 familles de sujets Caucasiens 472 sujets sédentaires 20 semaines d’entrainement en endurance
Pas de modif de la Na K ATPase avant après entrainement
Mais : l’ de VO2 max après l’entrainement dépend devariations génétiques du locus αα2 du gène de la NaK ATPase
(Rankinen T, J Appl Physiol 2000) « prédisposition » ?
• Voir " cellular adaptation of heart muscle to exercise training "
(Moore RL Ann Med, 30 Supp 1, 46-52, 1998)(Moore RL et al. Exerc Sport Sci Rev 27:285-315,1999)
Pathologies cardiaques et exercice
• RAo
• IAo Longtemps bien tolérée La des RP pendant l’exercice
tend à la régurgitation
• CMO «physiologique» ou pathologique
Toute volume intraventriculaire (diur., VDv, I+)contractilité (I+, ΣΣ+)postcharge ( VDart, RP)
Peut entrainer un obstacle mésosystolique à l’éjection VG
• Favorisé sur cœur hypertrophié non dilaté• Mais aussi sur cœur normal à l’arrêt brutal d’un exercice intense
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