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PHYSIOLOGIE DE L’EXERCICE
Dr grillon jean-LucMédecin Conseiller
Direction Régionale et départementale de la Jeunesse et des Sports
Champagne-Ardenne et Marne
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 H2oÉnergie 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. Δ ( a – v ) O2 = 0.2 – 0.05 = 0.15 l d’O2 / l de sangVO2 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. Δ ( 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 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
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 muscles squelettiques
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.
Valeurs lactatémie
repos : 1mmol / l effort maximal : 15 voire 20 mmol / l A l’état stable dynamique, la lactatémie
peut 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 courbe lactatémie / 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 GRILLONJean–Paul MONCHABLON
Secrétariat :NATHALIE JUNG
Réalisation des diaporamas : Alain DRUMONT( Powerpoint 2000 )
1
PHYSIOLOGIE DE L’EXERCICE
Dr grillon jean-LucMédecin Conseiller
Direction Régionale et départementale de la Jeunesse et des Sports
Champagne-Ardenne et Marne
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 H2oÉnergie 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. Δ ( a – v ) O2 = 0.2 – 0.05 = 0.15 l d’O2 / l de sangVO2 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. Δ ( 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 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
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 muscles squelettiques
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.
Valeurs lactatémie
repos : 1mmol / l effort maximal : 15 voire 20 mmol / l A l’état stable dynamique, la lactatémie
peut 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 courbe lactatémie / 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