Fitness - Santé : L'appareil cardiovasculaire à l'effort

Pour que le corps puisse se maintenir en vie, chacune de ses cellules doit recevoir un apport continu de nutriments et d'oxygène. Dans le même temps, le dioxyde de carbone et les autres déchets du métabolisme produits par les cellules doivent être collectés et éliminés. Cette double fonction est assurée par l'appareil circulatoire.

Organisation de l'appareil circulatoire

Le système circulatoire comprend un ensemble de tuyaux dans lesquels circule le sang. Il est organisé de façon que le circuit forme une boucle. Le sang suit toujours le même trajet: il part du coeur par les artères, passe dans les capillaires et revient au coeur par les veines. Il existe deux circuits:

La petite circulation (circulation pulmonaire)

Le sang part du coeur droit par l'artère pulmonaire pour aller se régénérer dans les poumons et revient au coeur gauche par les quatre veines pulmonaires.

La grande circulation (circulation systémique)

Le sang part du coeur gauche par l'aorte, assure ses fonctions dans le corps entier et revient au coeur droit par les veines caves inférieures et supérieures. Dans la grande circulation on note trois dérivations importantes:

• l'une qui part au système digestif puis revient au coeur: fonction de nutrition
• l'autre qui irrigue les reins puis retourne au coeur: fonction d'excrétion
• la dernière qui alimente le tronc et les jambes

Le cœur : Anatomie

Le coeur est un muscle creux, situé au milieu de la poitrine et logé entre les deux poumons. Il a la forme d'une poire mesurant environ 13 centimètres de long sur 8 de large.

Son poids chez un adulte moyen est d'environ 500 grammes. Il est recouvert d'un sac fibreux: le péricarde. Ses parois sont constituées de fibres musculaires et forment le myocarde.

Chez l'homme, le coeur est constitué de deux parties ne communiquant pas entre elles: le coeur droit et le coeur gauche.

Chaque coeur est constitué d'une cavité supérieure: l'oreillette, et d'une cavité inférieure: le ventricule. L'oreillette et le ventricule sont séparés par une valve.

Dans l'oreillette droite s'abouchent les veines caves inférieures et supérieures. Dans l'oreillette gauche, les veines pulmonaires.

Du ventricule droit part l'artère pulmonaire, du ventricule gauche l'aorte. Le myocarde possède son propre système circulatoire: les artères et veines coronaires.

La mécanique cardiaque

La révolution cardiaque

Le coeur est le siège de changements périodiques de forme. On constate une contraction des oreillettes suivie de celle des ventricules et enfin un repos général du coeur. La contraction des oreillettes ou des ventricules est nommée: systole, le repos: diastole.Ces phases se déroulent comme suit:

• Les deux cavités droites et gauches se contractent en même temps.
• Les phases se suivent dans le sens: systole auriculaire, systole ventriculaire, diastole.

Ce cycle se répète continuellement.

Durée et fréquence de la révolution cardiaque

Chez l'homme elle est d'environ 120/130 pulsations par minute à l'âge de 1 an, et se fixe vers 75 à 20 ans (nettement moins chez un sportif).

L'hémodynamique intracardiaque

Le coeur, par ses contractions, crée dans ses cavités des pressions, de sorte que sang suit toujours le même trajet.

Le remplissage des cavités

Il s'accomplit pendant la diastole. Celui de l'oreillette commence dès le début de la systole ventriculaire. Celui du ventricule s'effectue à l'ouverture des valves auriculo-ventriculaires. Le ventricule reçoit du sang tout au long de la diastole et pas seulement au moment de la systole.

Le débit cardiaque

Le débit du coeur est égal au volume de sang expulsé. Chez l'homme et au repos, le volume d'éjection systolique est en moyenne de 70 millilitres. A la fréquence cardiaque de 70/80 pulsations, le débit est alors de 5 à 6 litres par minute.

Variations du débit

Le débit cardiaque présente des variations physiologiques

• la station debout le diminue, la pesanteur réduit le retour du sang au coeur droit.
• l'ingestion de liquide et la digestion l'augmentent.
• la chaleur agit de même, du fait de la vasodilatation cutanée.
• l'exercice physique modifie le débit cardiaque considérablement.

L'appareil cardiovasculaire à l'effort

L'endurance est une aptitude physique de base. Elle consiste à faire supporter au système cardiovasculaire un effort prolongé avec une fréquence cardiaque aux environs de 150 pulsations par minute.

D'acquisition longue, elle se maintient longtemps et permet à l'athlète de développer d'autres aptitudes physiques. Le système cardiovasculaire s'adapte à ce type de travail qui est un effort dynamique. Il est caractérisé par des contractions et relâchements musculaires ainsi que par une fréquence respiratoire élevée.

Conséquence de l'endurance sur l'appareil cardiovasculaire

La fréquence cardiaque

Au début de l'effort, Le rythme du coeur s'accélère rapidement. L'accélération la plus importante se fait en moins d'une minute. Ensuite, pendant le travail, la fréquence cardiaque se stabilise. Si l'exercice est intense, une seconde accélération peut avoir lieu. La fréquence cardiaque maximum est égale à 220 pulsations par minute.

La circulation veineuse et pulmonaire

Pendant l'effort, le débit veineux augmente (effet dû à la vasoconstriction des veines). Au niveau des poumons, toutes les alvéoles pulmonaires se trouvant dans la partie supérieure (qui ne sont pas ventilées au repos) se mettent au travail, afin que le sang y subisse l'hématose (oxygénation du sang).

Adaptation de l'appareil cardiovasculaire à l'effort

Au début de l'exercice

Il se produit une levée du frein vagal (diminution du système parasympathique et augmentation du système sympathique) le coeur va donc battre plus vite. Les influx nerveux proviennent des centres psychomoteurs avant d'atteindre le coeur. Cette phase est appelée 'accrochage cardiaque'.

Dans les premiers temps de l'exercice

Au niveau des muscles en activité, l'augmentation du métabolisme va dilater les artérioles et provoquer une ouverture de tous les capillaires sanguins. Au niveau des muscles au repos, les artérioles vont entrer en vasoconstriction. Pendant l'effort, le revêtement cutané entre en vasodilatation, afin d'augmenter le débit sanguin, ce qui facilite l'évacuation de la chaleur produite par la contraction musculaire.

La phase d'entretien

Le rythme cardiaque reste stable. La tachycardie est due à l'action des métabolites sur les centres chémorécepteurs. La chaleur agit directement comme cardio-accélérateur et localement comme vasodilatateur.

Le retour au calme

A la fin de l'exercice, le coeur reprend son rythme normal en deux temps:

• Une chute initiale de la fréquence cardiaque en moins de 2 minutes
• Une chute secondaire qui ramène le pouls à la normale avec des phases de fluctuation.

Pendant cette phase, on observe une persistance de la tachycardie qui est indispensable. Elle représente le paiement de la dette d'oxygène. La durée du retour au calme sera fonction des paramètres suivants:

• intensité de l'exercice
• condition physique du pratiquant
• chaleur ambiante
• stress du sportif
• adaptation du sujet à l'effort

Variation de la pression artérielle à l'effort

Au cours de l'effort, un régime tensionnel s'établit, un compromis entre l'hypertension du territoire en vasoconstriction et les à-coups freinateurs et hypotenseurs du système cardio-modérateur.

Mise en train

L'augmentation de la pression artérielle coïncide avec l'augmentation de la fréquence cardiaque et de la ventilation pulmonaire. La pression artérielle atteint 21/10 à 21/12 cm de mercure en 4 minutes.

Le second souffle

Au bout de 10 minutes, la pression artérielle se stabilise autour de 18/11 cm de mercure.

Le retour au calme

Un athlète bien entraîné retrouve sa tension normale en 45 minutes pour une course de 5000 mètres. Si l'épreuve à été difficile, la tension maximum baisse légèrement et revient à la normale entre 2 et 4 jours.

Effets de l'endurance à long terme sur le coeur

Augmentation du volume cardiaque

Le coeur comme tout autre muscle est susceptible de grossir à l'effort. Le coeur du sportif est globuleux et témoigne de la bonne adaptation à l'effort. On constate souvent que le coeur gauche est hypertrophique par rapport au coeur droit, avec tendance à se coucher sur le diaphragme. Cette hypertrophie est due à un plus grand développement de sa musculature et à l'augmentation de ses cavités. A la cessation de l'entraînement, il reprendra sa grosseur initiale.

La force des contractions

Chez le sportif, la qualité du myocarde donne des contractions puissantes qui permettent un meilleur volume d'éjection systolique.

La bradycardie

C'est le paramètre le plus important, lors de l'acquisition de l'endurance. Elle entraîne une réduction de la fréquence cardiaque au repos, tout en gardant la fréquence cardiaque maximum. La différence, entre la fréquence maximum et minimum permet une fourchette d'utilisation plus grande. Cette différence a pour origine une augmentation du tonus vagal.

Prise de pouls

C'est le seul signe pratique sur le terrain qui permet de définir l'aptitude physique dans laquelle l'effort a été effectué. La prise de pouls fiable est la prise du pouls radial, car celle du pouls carotidien peut être faussée par l'écrasement de la veine jugulaire. Pour prendre le plus avec une plus grande précision, l'utilisation d'un cardiofréquencemètre est conseillée (voir cardiofréquencemètre).

Adaptation de l'appareil circulatoire à l'effort statique

Pendant ce type d'effort, la cage thoracique est fixe, sur des poumons remplis d'air, la glotte étant fermée. La cage thoracique devient alors un point d'appui.

Modifications de la circulation périphérique

A la contraction statique des muscles, la vitesse du sang est ralentie. Le sang artériel est refoulé et le retour veineux diminué. Le coeur recevant peu de sang augmente sa fréquence. A l'arrêt de l'exercice, il se produit un à-coup circulatoire.

Une grande quantité de sang arrive au coeur, celui-ci augmente sa fréquence et la pression chute. Ensuite, tout se régularise, la pression remonte pour redescendre lentement lors du retour au calme.

Ce coup de bélier est préjudiciable pour certains territoires amortisseurs comme le cerveau. Pendant l'effort, la vitesse circulatoire pulmonaire est ralentie du fait de l'importante pression intra-thoracique. Le coeur droit lutte contre cette pression accrue, ce qui lui est préjudiciable.

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