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

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)

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