STAPS Lille 2

L’apport en oxygène
:
.
Facteurs limitant VO2 max ?
M1 EOPS : Facteurs limitant la performance sportive
Cours P Mucci
.
VO2max : estimation simple de la puissance maximale
du métabolisme aérobie et de l’aptitude physique aérobie
.
VO2 (l/min)
max
Exercice progressif sur
cycloergomètre
PMA
repos
0
100
200
Puissance (W)
300
Normes
.
- VO2max
absolue (l/min)
spécifique ou relative (ml/min/kg)
.
- VO2max « sédentaires »
.
- après 25-30ans
♂ 44-50 ml/min/kg
♀ 38-42 ml/min/kg
VO2max
de 1%/an (âge +
sédentarisation)
- Athlètes d’endurance
ml/min/kg
.
VO2max > 60 jusqu’à 80-85
.
plafonnement de VO2
Vmax
3 ADP + 3 Pi + ½ O2 + NADH + H+
Vitesse dépend de :
3 ATP + H2O + NAD+
- la disponibilité en O2
- capacité métabolique (glycolyse,
Krebs, chaîne respiratoire)
Sang
AGL
glucose
La
O2
Muscle
glycogène
AG
glycogénolyse
glucose
G6P
2 NAD+
glycolyse
ATP
pyr
Cytosol
2
NADH
+ H+
O2
La
Acyl-CoA
Phosphorylation oxydative
Mito
pyr
O2
Acyl-CoA
H2O
CO2
β-oxydation
2 NADH +
H+
Acétyl CoA
NADH + H+
FADH2
Krebs
CO2
NADH + H+
FADH2
ATP
ATP
Rappel : Transport de l’Oxygène
Une fois dans les capillaires pulmonaires l’O2 va être transporté jusqu’aux Tissus par
le réseau artériel systémique
- sous forme dissoute : PaO2 ~ 100 mmHg
Pour 1 mmHg de PaO2
0,003 ml d’O2 DISSOUS / 100ml de sang
0,003 x 100 = 0,3 ml d’O2 dissous/ 100ml de sang
- sous forme fixée à l’hémoglobine : SaO2 ~ 97,5%
SO2 = HbO2/ Hb (%)
1g de HbO2
1,39ml d’O2
[Hb] ~ 15g.dL-1
1,39 x 15 x 0,975 = 20,3ml d’O2/100ml de sang liés à Hb
Contenu sanguin en O2 :
(1,39 x [Hb](g.dL-1) x %SO2) + 0,003 PO2(mmHg)
Au niveau artériel : CaO2 ~ 20 ml.dL-1
6
Représentation schématique des échanges gazeux
CO2
O2
Convection
Poumon
Diffusion
Convection
Sang
Diffusion
Cellule musculaire
CO2
ATP
O2
.
.
VO2 = Q (CaO2-CVO2)
Principe de FICK :
.
.
VO2 = Q x (CaO2 – CvO2)
.
.
VO2max= Qmax x (CaO2 – CvO2)max
.
.
.
VO2max= Qmax x CaO2 – Qmax x CvO2
apport d’O2
CaO2
utilisation
d’O2
CvO2
.
Q
O2
Problématique
.
Quelles sont les facteurs qui conditionnent le plateau de VO2 (VO2max):
.
- L’apport en O2 aux tissus : Q x CaO2
- Les substrats/enzymes au niveau musculaire
.
ApportO2 =>
VO2 proportionnelle
Limitation centrale : apport en O2 aux mitochondries
.
ApportO2 => absence d’augmentation de VO2
Limitation périphérique : mitochondrie
Même raisonnement si
apport O2
.
Effet de l’hypoxie sur VO2max (altitude)
.
VO2 max H/N
100
-17%
90
-7%
80
FIO2 = 10,4%
(5400m)
70
-35%
.
Sujets à haut VO2 max
60
-45%
50
0
1000
2000
3000
4000
5000 6000
Altitude (m)
.
Effet des [Hb
[Hb]] sur VO2max
.
VO2max (ml.(min.100g)-1)
15
Normoxie
Hb 14,0
Hypoxie
Hb 14.0
10
5
Normoxie
Hb 6,9
Hypoxie
Hb 6.9
5
10
15
20
Apport Maximal en O2 (ml.(min.100g)-1)
Hb = concentration d’hémoglobine en g.dL-1
D’après Hogan, JAP 1991
Stimulation maximale muscle chien
Effet de l’hyperoxie
l’hyperoxie sur VO2max
CaO2 = 1,39 x [Hb
[Hb]] x SaO2 + 0,003 x PaO2
H
N
SaO2
CaO2
PaO2
Si 100% d’O2,
CaO2 attendue ~12-13%
.
Effet de l’hyperoxie sur VO2max jambes
Cycling, N = 11
t w ic e le g V O 2 m a x ( l/m in )
5
*
4
+8% mais CaO2
3
de ~12 à 13%
2
1
0
0,21
1
FIO2
d’après Knight, JAP 1993
.
VO2max jambe plus faible que celle attendue
/
de CaO2
Limitation centrale +++ et périphérique ++ en
normoxie
L’importance des limitations pourrait dépendre du statut
(Ent ou séd) des sujets
Quelques arguments en faveur d’une limitation
centrale
1
Entraînement sur bicyclette.ergométrique =>
augmentation de VO
. 2 max des jambes
augmentation de VO2 max bras
(Clausen, Am. J. Physiol. 1973)
Tests
de
.
VO2max
Amélioration centrale due à l’ent car pas de sollicitation spécifique des bras pdt l’ent
Arguments en faveur d’une limitation centrale
2
L’addition d’un exercice bras à un exercice jambe
=> baisse du débit jambe (vasoconstriction)
=> debit cardiaque n’est pas suffisant pour perfuser
les bras
(Secher, Acta. Physiol. Scand. 1979)
Leg exercise
Cardiac output l.min-1
Leg Blood Flow l.min-1
Oxygen uptake l.min-1
Leg + arm exercise
Limitation Centrale vs périphérique
Si la masse musculaire active est importante (i.e.
pédalage, course…), l’apport en O2, notamment par son
aspect cardiovasculaire, peut alors être la principale limitation
de VO2max
Mais lors d’un exercice sollicitant une faible masse
musculaire (i.e. extension du genou…), il est probable que le
débit sanguin ne soit plus un facteur limitant pour la VO2 des
muscles.
D’après Richardson and Saltin, MSSE 1998
Facteurs d’une limitation centrale :
- Qcmax, VESmax
- transport de l’O2 (CaO2, Hb)
Limitation périphérique :
- Capillaires musculaires
- Qsanguin musculaire
- capacité oxydative musculaire (Mb, extraction
O2, Mitochondries, enz mitochondriales…)
Mechanism of fatigue according to the A.V. Hill
(Cardiovascular/Anaerobic) Model of Exercise Physiology
Coeur
Muscle
Mitochondrie
FATIGUE
Maximal
(Débit
cardiaque
limité))
limité
Limitation
du débit
sanguin
musculaire
Manque
d’apport en O2
=> acidose
Attention : ceci est un modèle de fatigue « périphérique » même si son origine est cardirespiratoire (limite centrale)
La fatigue centrale est associée à la commande motrice (système nerveux central)