Parcours de l'O2 à l'exercice

• Pression sanguine


  Pression exercée par le sang sur la paroi d'un vaisseau

  
• Pression sanguine


  • Varie en fonction du calibre/taille du vaisseau et du débit sanguin
  • Au niveau des capillaires fœtaux ou maternels, débit quasiment nul et pression hydrostatique exercée par le liquide sur les parois d'une surface qui contient ce liquide

  
• Pression partielle en O2 (= PpO2)


  Synonyme de concentration, quantité d'oxygène dissout dans le plasma sanguin, indépendante de la pression sanguine, dépend de la constante de solubilité du gaz

  
• Pression partielle en O2 est proportionnelle à la PpO2 d'un gaz à l'interface avec la phase liquidienne, au niveau de l'alvéole pulmonaire maternel, à la barrière alvéolo-capillaire

  
• VO2̇


  Consommation d'O2 par l'ensemble des mitochondries de l'organisme, débit exprimé en volume par unité de temps
• Conductance


  Capacité à laisser passer l'O2 pour chaque interface située entre deux milieux
• Parcours de l'O2


  Arbre bronchique jusqu'à la 15ème division (convection)

  Bronchioles respiratoires en aval de la 15ème division (diffusion)

  Capillaires pulmonaires (diffusion alvéolo-capillaire)

  Système cardio-vasculaire (convection circulatoire)

  Capillaire cellulaire (diffusion capillaro-cellulaire)

  Mitochondries (diffusion intra-mitochondriale)

  
• Exercice physique


  Transport d'O2 en milieu aérien avec débit ventilatoire, puis en milieu liquidien avec débit cardiaque

  Consommation d'O2 ou respiration cellulaire au niveau musculaire par les mitochondries, entrainant un appauvrissement en oxygène et un enrichissement en CO2 du milieu intérieur

  
• Principe d'homéostasie


  Adaptations du débit ventilatoire et du débit cardiaque pour maintenir constant au niveau des capillaires la PpO2, la PpCO2 et le pH, sous l'influence de la réponse musculaire

  
• Régulation de la ventilation

  Mesure de l'air inspiré et expiré par un débitmètre chez un sujet assis, avec possibilité de placer deux curseurs marquant le volume de l'inspiration et de l'expiration

  Ventilation sous le contrôle du métabolisme musculaire

  
• Mécanismes de régulation de la ventilation

  Au niveau musculaire (consommation d'O2 et production de CO2)

  Au niveau des chémorécepteurs centraux et périphériques

  Générateur central de la ventilation situé au niveau du tronc cérébral

  
• Gradients de PpO2 au cours de l'exercice

  Augmentation de la ventilation (VE) favorisant l'élimination du CO2 et une arrivée d'O2 plus importante au niveau alvéolaire

  Augmentation de la consommation d'O2 au niveau cellulaire, avec diminution de la PpO2 dans les cellules

  
• Mesure de la VO2̇ au cours de l'exercice

  Sujet allongé avec un pédalier fixe, anémomètre avec capteur d'O2 placé au niveau de la bouche

  Augmentation du débit cardiaque QĊ, de la consommation d'O2 au niveau des mitochondries, et de la conductance diffusive de l'interface entre les capillaires systémiques et la cellule musculaire

  
• Adaptations capillaires au cours de l'exercice

  • Augmentation de la conductance diffusive de l'interface capillaire/cellule d'un facteur 2 à 3

  Vasodilatation musculaire et augmentation du nombre de capillaires qui perfusent une fibre musculaire
• Permet le maintien de l'homéostasie


  Mesure de la VO2̇ au niveau de l'interface capillaire-cellule
• Augmentation de la VO2̇

  1. VO2̇ = (PpO2 capillaire – PpO2 cellule) x DtO2

  2. VO2̇ = ΔP x DtO2
• VO2̇ exercice


  1. VO2̇ exercice = VO2̇ repos x 10

  2. ΔP exercice = ΔP repos x 3,5

  3. VO2̇ exercice = (ΔP repos x 3,5) x (DtO2 repos x 2,5 à 3)
• Adaptations du réseau capillaire

  1. Vasodilatation musculaire : Augmentation du débit sanguin au niveau des capillaires musculaires : x 10

  2. Augmentation du nombre de capillaires qui perfusent une fibre musculaire : Recrutement de capillaires musculaires participant au maintien de l'homéostasie
• Modification de l'affinité de l'hémoglobine pour l'O2

  1. pH

  2. PpCO2

  3. Température
• Modification de l'affinité de l'hémoglobine pour l'O2 : Déviation droite au cours de l'exercice physique

  1. Augmentation de la PpCO2 ou hypercapnie

  2. Diminution du pH ou acidose

  3. Hausse de la température ou hyperthermie

  
• Modification de l'affinité de l'hémoglobine pour l'O2 : Déviation gauche


  1. Diminution de la PpCO2 ou hypocapnie

  2. Augmentation du pH ou alcalose

  3. Diminution de la température ou hypothermie
• PpO2 et vapeur d'eau au niveau des voies aériennes

  Air inspiré se saturant en vapeur d'eau dans les voies aériennes, PpH2O autour de 47 mmHg dans les voies aériennes : Vapeur d'eau indépendante de l'altitude

  
• PpO2


  1. Au niveau de la mer : PpO2 = (760-47) x 21 % = 150 mmHg

  2. Au niveau de l'Everest (8884 m) : PpO2 = (250-47) x 21 % = 42,5 mmHg
• Cascade de l'oxygène : Phase gazeuse au niveau de la mer


  1. PpO2 air : 760 x 21% = 160 mmHg

  2. PpO2 voies aériennes (amont de la 15ème division) : (760 – PpH2O) x 21% = 150 mmHg, avec PpH2O à 37°C = 47 mmHg

  3. PpO2 alvéolaire : 150 – PpACO2 = 105 mmHg, avec PpACO2 = 45 mmHg

  
• Cascade de l'oxygène : Phase gazeuse au niveau de l'Everest

  1. PpO2 air : 250 x 21% = 52,5 mmHg

  2. PpO2 voies aériennes (amont de la 15ème division) : (250 – PpH2O) x 21% = 42,5 mmHg, avec PpH2O à 37°C = 47 mmHg : Indépendante de l'altitude

  3. PpO2 alvéolaire : 42,5 – PpACO2 = 0 mmHg, avec PpACO2 = 45 mmHg : Aussi indépendante de l'altitude

  
• Effets de l'hyperventilation volontaire au repos

  1. Au niveau alvéolaire : Meilleure élimination du CO2, Diminution de la PpCO2, Augmentation de la PpO2, Conductance diffusive de la barrière alvéolo-capillaire inchangée

  2. Au niveau des capillaires : Augmentation importante de la PpO2 des capillaires systémiques et pulmonaires, en raison d'une consommation d'O2 inchangée

  3. Au niveau cellulaire : Pas de modification de la consommation d'O2 des cellules, PpO2 intracellulaire constante, Augmentation de la PpO2 des capillaires veineux systémiques, Augmentation du gradient capillaro-cellulaire, Consommation d'oxygène inchangée, Diminution de la conductance diffusive, Vasoconstriction des capillaires
• Effets de l'hyperventilation au repos au niveau de l'Everest

  1. Au niveau alvéolaire : Élimination totale du CO2 grâce à l'hyperventilation, Diminution de la PpCO2, Augmentation artificielle de la PpO2 avec une valeur proche de 40 mmHg, Conductance diffusive de la barrière alvéolo-capillaire inchangée

  2. Au niveau des capillaires : Adaptation de l'hémoglobine avec libération d'O2

  3. Au niveau cellulaire : Fonctionnement des cellules avec une PpO2 = 15 mmHg, Diminution de la quantité d'O2 disponible pour les muscles
• Entraînements spécifiques pour gravir l'Everest


  1. Entraînement physique : Permet d'améliorer la capacité des muscles à consommer l'O2, le transport de l'O2, la conductance

  2. Conditionnement à l'hypoxie : Permet de développer des moyens d'adaptations du corps à l'hypoxie, Permet d'habituer le corps à l'hypoxie, 2 moyens : Nuits dans des tentes en atmosphère appauvrie en O2, Acclimatation avec des stages d'entrainement en altitude
• Entraînement pour gravir l'Everest

  1. L'entrainement physique intense

  2. Le conditionnement à l'hypoxie
• Effets de l'entraînement physique

  Plaque motrice (motoneurone et synapse) stimulant la fibre musculaire, Selon les caractéristiques d'entrainement, activation de messagers intracellulaires qui activent des facteurs transcriptionnels : Protéines qui se fixent sur des régions spécifiques du gène et qui induisent la synthèse de protéines, Donnant un phénotype particulier au niveau du muscle permettant d'améliorer la conductance et la consommation d'oxygène, Notion de plasticité musculaire et phénotype musculaire
• Expérience d'innervation croisée


  Muscles spontanément plus riches en fibres de type I qu'en fibres de type II, Motoneurones stimulant les muscles en fonction de leur phénotype : Muscles avec des fibres de type I stimulés sur la durée avec une intensité réduite, Muscles avec des fibres de type II stimulés de manière plus intense mais sur une durée plus courte
• Substances riches dans les fibres musculaires

  • Triglycérides
  • Myoglobine
  • Mitochondries
• Fibres rouges


  • Très vascularisées
  • Permettant d'améliorer la constante de diffusion entre capillaires systémiques et fibres musculaires
• Contraction lente


  • Myosine de type lente
  • Activité ATPasique de type lent
  • Fibres de petit diamètre
• Force exercée en fonction du temps

  • Faible force générée
  • Fibres jamais fatigables
• Sollicitations


  • Marathons
  • Ascension de l'Everest
  • Biathlon
• Expérience d'innervation croisée

  1. Dénervation d'un muscle riche en fibres de type I et d'un muscle riche en fibres de type II et croisement des innervations

  2. Après quelques jours, changement du phénotype du muscle
• Photosynthèse

  1. Mouvements de calcium entre cytoplasme et réticulum sarcoplasmique

  2. Ca2+ stocké puis déstocké

  3. Stimulant des protéines sensibles aux variations de [Ca2+]
• Stimulation phasique


  1. Variations de [Ca2+] activant la CaM kinase et phosphorylant/activant le facteur de transcription MEF

  2. N'activant pas la calmoduline
• Stimulation tonique


  1. Variations de [Ca2+] activant la calmoduline et la calcineurine

  2. Activant les facteurs de transcription NFAT et MEF