La
respiration .
La
respiration .
Pour répondre aux besoins énergétiques très importants de l'effort musculaire, une grande quantité de nutriments est nécessaire pour ravitailler la cellule en oxygène et débarrasser l'organisme des déchets gazeux: le dioxyde de carbone. Le système respiratoire et cardio-vasculaire permet de remplir ces fonctions. L'échange de l'oxygène et du gaz carbonique (appelé respiration), entre la cellule et le milieu extérieur, est assuré par la ventilation et la diffusion.
La ventilation
La ventilation se fait par les voies aériennes et les poumons.
Les voies aériennes
Sont composées de conduits qui apportent l'air aux alvéoles pulmonaires: les fosses nasales, le pharynx (carrefour des voies respiratoires et digestives), le larynx, la trachée et les bronches. Le rôle de ces voies pulmonaires est d'assurer l'épuration et la filtration de l'air inspiré.
Les poumons
Au nombre de deux (un droit et un gauche), les poumons sont situés dans la cage thoracique. Ils sont séparés par le cœur ainsi que des vaisseaux sanguins. En pénétrant dans les poumons, les bronches se divisent en passages étroits appelés bronchioles. Les bronchioles se terminent en formant des petits sacs appelés alvéoles pulmonaires. Les bronchioles véhiculent l'air vers les alvéoles pulmonaires. Les poumons sont recouverts d'une membrane, la plèvre qui assure la lubrification des organes respiratoires évitant ainsi les frottements contre les côtes et les autres organes pendant la respiration.
Mécanique ventilatoire
Dans l'appareil respiratoire, l'air est mobilisé par l'action des muscles respiratoires. La ventilation est composée de cycles respiratoires (mouvements d'inspiration et d'expiration). Au repos, la fréquence ventilatoire est d'environ 12 à 20 cycles par minute et peut augmenter jusqu'à 30 cycles lors d'exercices musculaires intenses.
L'inspiration
Consiste à faire pénétrer l'air extérieur, dans l'appareil respiratoire. Elle est assurée par un muscle large en forme de coupole: Le diaphragme. Celui-ci forme une séparation entre l'abdomen et le thorax. Son action est renforcée par des muscles accessoires appelés muscles inspirateurs(sterno-cléïdo-occipito-mastoidiens, scalènes). Ceux-ci participent davantage lors d'inspirations forcées.
L'expiration
Consiste à évacuer le gaz carbonique hors de l'appareil ventilatoire, vers l'air extérieur. Au repos, l'expiration est assurée essentiellement par l'élasticité des poumons. Lors d'une expiration forcée, l'évacuation est renforcée par la contraction des muscles abdominaux.
Explication des différents volumes pulmonaires .
Les volumes pulmonaires
Les poumons possèdent un certain nombre de volumes respiratoires:
Le volume courant
C'est le volume d'air entrant et sortant des poumons, lors de chaque respiration au repos. Il est d'environ 0.5 litre.
Le volume de réserve inspiratoire
C'est le volume d'air le plus grand qu'une personne peut inspirer (gonfler les poumons), après une inspiration normale de repos. Il est d'environ 2.5 litres.
Le volume de réserve expiratoire
C'est le volume d'air le plus grand qu'une personne peut expirer (vider les poumons), après une expiration normale de repos. Il est d'environ 1.5 litre.
La capacité vitale
C'est le volume d'air maximal d'air pouvant être expiré (en expiration forcée) après une inspiration forcée. Elle est d'environ 4.5 litres.
Le volume résiduel
A la suite d'une expiration forcée, il reste dans les poumons une quantité d'air d'environ 1.5 litre. C'est le volume résiduel.
La capacité pulmonaire totale
C'est le volume d'air contenu dans les poumons suite à une inspiration forcée maximale. Il est d'environ 6 litres. Après une expiration normale, il reste un volume de gaz dans les poumons qui est la capacité résiduelle fonctionnelle.
Le réseau capillaire situé dans le tissu alvéolaire permet l'échange de gaz entre l'air contenu dans les alvéoles et les cellules sanguines à l'intérieur des capillaires sanguins. Les capillaires sont si minuscules qu'ils ne permettent le passage que d'une seule cellule sanguine à la fois. Ce passage des cellules une à une et l'action de la membrane très fine et semi-perméable séparant le sac alvéolaire des capillaires, permettent à l'osmose de se faire. L'osmose est le processus de passage d'une substance (dans ce cas l'oxygène et le gaz carbonique) à travers une membrane semi-perméable d'une région à haute concentration vers une région à concentration plus faible. Les cellules sanguines passant à travers les capillaires sont pauvres en oxygène et riches en gaz carbonique et autres déchets gazeux. Il en résulte que le gaz carbonique traverse la membrane par un phénomène d'osmose et passe dans l'air contenu dans les alvéoles (qui est moins riche en gaz carbonique). De la même manière, l'oxygène de l'air, contenu dans les alvéoles, traverse la membrane par osmose et rejoint les cellules sanguines. Ainsi, le sang se débarrasse de l'excès de gaz carbonique (qui est par la suite expiré) et se régénère en oxygène.
LE DIAPHRAGME
Rappel anatomique
Le diaphragme est le principal muscle responsable de la respiration. Il est attaché à la paroi abdominale, aux vertèbres lombaires, aux dernières côtes et au sternum par un tissu tendineux. Il sépare la cavité thoracique de la cavité abdominale. Le diaphragme a la forme d'une voûte. Il est percé par des orifices qui laissent le passage à des vaisseaux (artères et veines), à des nerfs et à l'oesophage.
Mécanisme du diaphragme
Les fibres musculaires du diaphragme en se contractant abaissent le centre phrénique. Le diamètre vertical du thorax se trouve agrandi. L'abaissement du centre phrénique est limité par la masse des viscères abdominaux. Ceux-ci faisant résistance, le centre phrénique devient alors un point d'appui et les fibres musculaires du diaphragme continuant leur contraction vont devenir élévatrices des côtes inférieures et du sternum. Le diaphragme provoque une augmentation du diamètre transversal de la cage thoracique.
ADAPTATION RESPIRATOIRE A L'EFFORT
Afin que les cellules musculaires puissent fonctionner normalement, elles doivent recevoir de l'oxygène, des nutriments nécessaires. De même, pour évacuer le gaz carbonique produit lors de la contraction musculaire, l'organisme possède deux systèmes ( respiratoire et circulatoire) qui travaillent ensemble pour assurer ces fonctions. Il faut distinguer deux types d'efforts pendant lesquels ces systèmes s'adapteront différemment:
L'effort dynamique:
qui est caractérisé par des contractions et relâchements musculaires avec fréquences respiratoires et circulatoires élevées. Les efforts intenses s'effectuent en blocage respiratoire.
L'effort statique:
qui s'effectue en blocage respiratoire. L'adaptation se fait après l'effort. Les exercices statiques de faible intensité s'effectuent en respiration haletante.
Adaptation respiratoire à l'effort dynamique
La fréquence ventilatoire
Au repos, la fréquence ventilatoire est de 12 à 20 mouvements respiratoires par minute. A l'effort, elle atteint 30 et même exceptionnellement 60 respirations par minute. On remarque que l'inspiration devient plus profonde et l'expiration active.
Le débit
Au repos, le débit ventilatoire est de 7 litres par minute. A l'effort il peut atteindre 60 à 70 litres par minute. Le débit maximum est obtenu à la fréquence cardiaque de 170 pulsations par minute.
Modifications physico-chimiques
Pendant l'effort, la consommation d'oxygène est multipliée par 3 à 10. Au niveau des tissus, on note une augmentation du débit sanguin ainsi qu'une mise en service de tous les capillaires sanguins.
Adaptation à l'effort d'endurance et de résistance.
Le début de l'exercice
En début d'exercice, l'augmentation de la ventilation se fait en deux temps:
La première phase rapide
La puissance de l'exercice détermine une augmentation de la fréquence et de l'amplitude des mouvements respiratoires. Ceci est dû à l'action des influx nerveux provenant des faisceaux neuro-musculaires des muscles en activité qui jouent le rôle d'activateur.
Deuxième phase lente
Cette phase correspond à l'adaptation fine du débit ventilatoire. Elle est assurée par des récepteurs sensibles aux variations de la concentration en ions hydrogène H+. Toute modification de la concentration en ions H+, sensibilise les récepteurs centraux, qui, en réponse augmentent le débit ventilatoire permettant l'élimination du gaz carbonique. Pendant l'effort, l'élévation de la température augmente également la ventilation. Lors d'effort de type endurance, un plateau de travail est atteint: c'est-à-dire que la demande et l'offre en oxygène sont en équilibre( le sportif est alors en voie aérobie, voir page ): c'est le second souffle. Dans le cas d'un effort de type résistance, il n'y a pas de plateau de travail et la production importante de gaz carbonique, provoque l'essoufflement.
L'essoufflement
Pendant l'effort de résistance, il y a production de déchets: les lactates. Le sang devient acide et perd sa capacité de transporter le gaz carbonique. Les lactates vont exciter les centres inspiratoires. Ceux-ci sont plus sensibles que les centres expiratoires, ils vont faciliter l'inspiration mais l'expiration devient difficile d'où une évacuation incomplète du gaz carbonique qui s'accumulera intoxiquant l'organisme et déclenchant l'essoufflement. L'expiration devient de plus en plus difficile et oblige le pratiquant à s'arrêter, thorax bloqué en inspiration forcée, incapable de vider ses poumons.
La fin de l'exercice
A la fin de l'exercice, on observe deux phases de décrochage ventilatoire :
La première phase (rapide)
Les muscles devenus inactifs ne stimuleront plus la ventilation par le facteur neurogénique. La ventilation va chuter brutalement.
La deuxième phase
En début d'exercice, l'adaptation cardio-respiratoire demande une certaine inertie et ne peut pas répondre immédiatement à la demande de l'organisme. Il va se créer une dette d'oxygène que l'organisme devra payer à l'arrêt de celui-ci. Cette deuxième phase correspond au paiement de la dette d'oxygène.
Adaptation à l'effort statique
Les efforts statiques ou dynamiques de très grande intensité s'effectuent en blocage respiratoire.
Le blocage respiratoire
Le sportif fait une inspiration forcée, bloque sa glotte, les muscles expirateurs se contractent statiquement et l'air se trouve comprimé dans la cage thoracique. Celle-ci forme un bloc rigide, les muscles réalisant le mouvement peuvent prendre un appui solide sur la cage thoracique, leur force s'en trouve accrue. Le blocage respiratoire répété souvent est néfaste pour la santé. La circulation pulmonaire est réduite car la pression intrathoracique pince ses vaisseaux. Le retour sanguin vers le cœur est ralenti ainsi que la circulation cérébrale. A l'arrêt de l'effort, la circulation se rétablit très rapidement entraînant 'un coup de bélier' dangereux pour les personnes ayant des artères surtout cérébrales en mauvais état.
Précautions à prendre lors du blocage respiratoire
- Veillez à l'intégralité vasculaire du pratiquant, d'où la nécessité d'un certificat médical d'aptitude
- Interdiction également aux personnes souffrant d'hypertension
- Le blocage respiratoire doit être le plus court possible
- Une fois l'effort terminé, le repos doit comporter d'amples mouvements respiratoires
conclusion :
Le mécanisme respiratoire lui aussi s'adapte à l'activité physique de façon à fournir à l'organisme le dioxygène nécessaire à l'effort et permet l'évacuation des déchets comme le dioxyde de carbone.
L'homme est un homéotherme, c'est à dire que sa température centrale doit rester stable à 37°, et pour cela il existe la sudation. Ce mécanisme est très important pour la performance physique.
125 grammes de sueur évaporée, abaisse la température centrale du corps de 1 degré ! ! Ce processus dépendra donc d'une 'bonne' sudation, mais également que la sueur puisse s'évaporer.
Attention en cas de temps chaud et humide, la sueur ruisselle sur la peau sans s'évaporer, l'élimination de la chaleur se fait très mal, il y a un risque d'hyperthermie. La déperdition de chaleur se fait surtout au niveau de la surface cutanée des extrémités, c'est à dire la tête, les mains et les pieds. ( intérêt du bonnet et des gants par temps froid, ou en natation) Q
uels sont les risques d'une mauvaise régulation de la chaleur ?
· Les crampes de chaleur.
· Un épuisement à la chaleur.
· Signes :
· Céphalées, vertiges.
· Sueurs abondantes.
· Rougeur du visage
. Il faut alors que le sportif s'arrête immédiatement qu'il se mette à l'ombre et qu'il boive abondamment.
· Sinon le sujet risque le " coup de chaleur ".
· Le coup de chaleur.
· Frissons, céphalées, peau sèche.
· Blancheur du visage. · Délire, convulsions.
Le risque est vital, en l'absence d'un traitement médical rapide.
Bilan :On comprend donc l'importance du mécanisme de sudation dans la performance. On remarquera l'importance d'une bonne hydratation .
La
circulation 
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 cœur par les artères, passe dans les capillaires et revient au cœur par les veines. Il existe deux circuits:
la petite circulation (circulation pulmonaire)
Le sang part du cœur droit par l'artère pulmonaire pour aller se régénérer dans les poumons et revient au cœur gauche par les quatre veines pulmonaires.
la grande circulation (circulation systémique)
Le sang part du cœur gauche par l'aorte, assure ses fonctions dans le corps entier et revient au cœur 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 cœur: fonction de nutrition
- l'autre qui irrigue les reins puis retourne au cœur: fonction d'excrétion
- la dernière qui alimente le tronc et les jambes
Le cœur: Anatomie
Le cœur 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 cœur est constitué de deux parties ne communiquant pas entre elles: le cœur droit et le cœur gauche. Chaque cœur 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 cœur 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 cœur. 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 cœur, 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 cœur 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 cœur 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 cœur 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 cœur va donc battre plus vite. Les influx nerveux proviennent des centres psychomoteurs avant d'atteindre le cœur. 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 cœur 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 liée à l'activité physique et les mécanismes modérateurs du corps.
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 cœur
augmentation du volume cardiaque
Le cœur comme tout autre muscle est susceptible de grossir à l'effort. Le cœur du sportif est globuleux et témoigne de la bonne adaptation à l'effort. On constate souvent que le cœur gauche est hypertrophique par rapport au cœur 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 cœur 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 cœur, 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 cœur droit lutte contre cette pression accrue, ce qui lui est préjudiciable.
Conclusion :
Le système circulatoire lui aussi s'adapte à l'effort physique, de façon à alimenter le muscle en énergie et dioxygène et à évacuer les déchets de la contraction (lactates et dioxyde de carbone.
