Adaptations du système cardiovasculaire induites par l'entraînement cardiovasculaire

Wie bereits dargelegt, führt ein regelmässiges und systematisch absolviertes Herz-Kreislauftraining zu einer Erhöhung der körperlichen Leistungsfähigkeit und bewirkt deutliche Anpassungen im Herz-Kreislaufsystem und in der Arbeitsmuskulatur. Dabei erfolgt die Deckung des bei körperlicher Arbeit ansteigenden Sauerstoffbedarfs über ein ausgeklügeltes Sauerstofftransportsystem. Dieses besitzt mehrere Stufen, wobei auf jeder Stufe unterschiedliche Mechanismen ablaufen und den Sauerstofftransport limitieren können. Ohne hier allzu stark ins Detail zu gehen, sind diese Stufen

1. les poumons, respectivement les échanges gazeux pulmonaires,
2. le cœur et le sang,
3. les capillaires musculaires et enfin
4. les mitochondries.

Composants de l'absorption d'oxygène (Bassett et Howley 2000)

Pour simplifier, on peut diviser les déterminants de l'approvisionnement en oxygène en une composante centrale et une composante périphérique (en laissant de côté le premier déterminant, à savoir les échanges gazeux pulmonaires, car ils ne limitent pas l'approvisionnement en oxygène chez les personnes en bonne santé et "au niveau de la mer"). Selon la loi postulée dès 1870 par Adolf Fick, la composante centrale de la consommation d'oxygène est le débit cardiaque (combien de litres de sang le cœur pompe-t-il par minute) et la composante périphérique est la différence artério-veineuse d'oxygène (quelle est la différence de concentration d'oxygène entre le sang artériel et le sang veineux, ou plus simplement : quelle quantité d'oxygène l'organe "prélève" dans le sang).

La formule de Fick est la suivante (les abréviations et les unités de mesure sont entre parenthèses) :

Consommation d'oxygène (VO2 en ml/min) = débit cardiaque (Q en l/min) x différence artério-veineuse d'oxygène (avDO2 en ml/dl)

Das Herzminutenvolumen wiederum errechnet sich als Produkt aus Schlagvolumen (Vs in ml) und Herzfrequenz (fH in Schlägen pro Minute).
Also: wie viel Blut wirft das Herz pro Herzschlag aus x wie häufig schlägt das Herz pro Minute.

Central vs. périphérique (Fick 1870)

Résumons la situation : La composante centrale de la consommation d'oxygène dépend de la fréquence cardiaque et du volume de battement, la composante périphérique de l'épuisement de l'oxygène.

Étant donné que le volume de battements augmente avec un entraînement spécifique, mais que le débit cardiaque (ainsi que la demande en oxygène) reste à peu près le même pour un effort sous-maximal, nous mesurons une fréquence cardiaque plus basse après une phase d'entraînement pour un effort identique. C'est donc le volume de battements qui augmente grâce à l'entraînement (meilleure fonctionnalité de la contraction cardiaque et muscle cardiaque plus grand). Pour une fréquence cardiaque maximale constante, la capacité maximale de transport sanguin du cœur (le débit cardiaque maximal) augmente donc. Parallèlement, la fréquence cardiaque au repos diminue, car le cœur doit battre moins souvent pour transporter la même quantité de sang en raison du volume de battements plus important.

L'entraînement n'améliore pas seulement la composante centrale, mais aussi la différence artério-veineuse d'oxygène et donc l'épuisement de l'oxygène dans le sang. Cette amélioration est principalement due à une meilleure capillarisation (volume capillaire plus important dans les tissus, p. ex. plus de capillaires par fibre musculaire) et à un volume mitochondrial accru (mitochondries plus nombreuses ou plus grandes). En périphérie, la répartition fine de l'oxygène s'améliore ainsi que son utilisation.

Il est intéressant de noter que les composantes centrale et périphérique de la consommation d'oxygène peuvent être entraînées de manière plus ou moins spécifique. En d'autres termes, il existe des méthodes d'entraînement qui sollicitent les deux composantes de manière relativement sélective et les améliorent par la suite. C'est dans ce contexte qu'il faut voir l'affirmation faite au début sur les avantages du HIIT. Pour simplifier l'application de ces faits physiologiques à l'entraînement, nous avons développé le modèle à 3 composantes de la capacité cardiovasculaire. Celui-ci se compose du potentiel, de l'exploitation et de la résistance à la fatigue et est présenté ci-dessous.

Résumons la situation : La composante centrale de la consommation d'oxygène dépend de la fréquence cardiaque et du volume de battement, la composante périphérique de l'épuisement de l'oxygène.

Étant donné que le volume de battements augmente avec un entraînement spécifique, mais que le débit cardiaque (ainsi que la demande en oxygène) reste à peu près le même pour un effort sous-maximal, nous mesurons une fréquence cardiaque plus basse après une phase d'entraînement pour un effort identique. C'est donc le volume de battements qui augmente grâce à l'entraînement (meilleure fonctionnalité de la contraction cardiaque et muscle cardiaque plus grand). Pour une fréquence cardiaque maximale constante, la capacité maximale de transport sanguin du cœur (le débit cardiaque maximal) augmente donc. Parallèlement, la fréquence cardiaque au repos diminue, car le cœur doit battre moins souvent pour transporter la même quantité de sang en raison du volume de battements plus important.

L'entraînement n'améliore pas seulement la composante centrale, mais aussi la différence artério-veineuse d'oxygène et donc l'épuisement de l'oxygène dans le sang. Cette amélioration est principalement due à une meilleure capillarisation (volume capillaire plus important dans les tissus, p. ex. plus de capillaires par fibre musculaire) et à un volume mitochondrial accru (mitochondries plus nombreuses ou plus grandes). En périphérie, la répartition fine de l'oxygène s'améliore ainsi que son utilisation.

Il est intéressant de noter que les composantes centrale et périphérique de la consommation d'oxygène peuvent être entraînées de manière plus ou moins spécifique. En d'autres termes, il existe des méthodes d'entraînement qui sollicitent les deux composantes de manière relativement sélective et les améliorent par la suite. C'est dans ce contexte qu'il faut voir l'affirmation faite au début sur les avantages du HIIT. Pour simplifier l'application de ces faits physiologiques à l'entraînement, nous avons développé le modèle à 3 composantes de la capacité cardiovasculaire. Celui-ci se compose du potentiel, de l'exploitation et de la résistance à la fatigue et est présenté ci-dessous.

Résumons la situation : La composante centrale de la consommation d'oxygène dépend de la fréquence cardiaque et du volume de battement, la composante périphérique de l'épuisement de l'oxygène.

Étant donné que le volume de battements augmente avec un entraînement spécifique, mais que le débit cardiaque (ainsi que la demande en oxygène) reste à peu près le même pour un effort sous-maximal, nous mesurons une fréquence cardiaque plus basse après une phase d'entraînement pour un effort identique. C'est donc le volume de battements qui augmente grâce à l'entraînement (meilleure fonctionnalité de la contraction cardiaque et muscle cardiaque plus grand). Pour une fréquence cardiaque maximale constante, la capacité maximale de transport sanguin du cœur (le débit cardiaque maximal) augmente donc. Parallèlement, la fréquence cardiaque au repos diminue, car le cœur doit battre moins souvent pour transporter la même quantité de sang en raison du volume de battements plus important.

L'entraînement n'améliore pas seulement la composante centrale, mais aussi la différence artério-veineuse d'oxygène et donc l'épuisement de l'oxygène dans le sang. Cette amélioration est principalement due à une meilleure capillarisation (volume capillaire plus important dans les tissus, p. ex. plus de capillaires par fibre musculaire) et à un volume mitochondrial accru (mitochondries plus nombreuses ou plus grandes). En périphérie, la répartition fine de l'oxygène s'améliore ainsi que son utilisation.

Il est intéressant de noter que les composantes centrale et périphérique de la consommation d'oxygène peuvent être entraînées de manière plus ou moins spécifique. En d'autres termes, il existe des méthodes d'entraînement qui sollicitent les deux composantes de manière relativement sélective et les améliorent par la suite. C'est dans ce contexte qu'il faut voir l'affirmation faite au début sur les avantages du HIIT. Pour simplifier l'application de ces faits physiologiques à l'entraînement, nous avons développé le modèle à 3 composantes de la capacité cardiovasculaire. Celui-ci se compose du potentiel, de l'exploitation et de la résistance à la fatigue et est présenté ci-dessous.

Le potentiel

On appelle potentiel la quantité maximale d'oxygène que le corps humain est capable d'utiliser (VO2max). L'oxygène est absorbé dans le sang à partir de l'air ambiant au niveau des poumons. Le sang riche en oxygène alimente ensuite tous les organes en oxygène via le système cardiovasculaire. Dans les muscles squelettiques, l'oxygène est ensuite absorbé pour fournir de l'énergie aux cellules musculaires. Le flux sanguin dans le système cardiovasculaire est déterminé en grande partie par la capacité de pompage du cœur. Celle-ci résulte du produit de la fréquence cardiaque et du volume de battement (volume de sang qui peut être éjecté par un seul battement de cœur). Un entraînement par intervalles régulier et intensif entraîne une augmentation du volume des battements et donc une augmentation de la capacité de pompage du cœur, ce qui entraîne une diminution de la fréquence cardiaque lors d'efforts sous-maximaux et au repos (fréquence cardiaque de repos plus basse). Suite à cette adaptation, la VO2max augmente également.

L'épuisement

L'épuisement indique l'intensité qui peut encore être fournie en tant que performance d'endurance. Selon la définition, cette performance doit pouvoir être réalisée pendant 20 minutes à "concentration constante de lactate dans le sang" après un échauffement de 10 minutes (état d'équilibre maximal du lactate). L'épuisement détermine donc à quel point le potentiel peut être exploité dans le domaine de l'endurance (%VO2max). Il est souvent appelé "seuil anaérobie". Plus la mise à disposition d'énergie aérobie est développée (volume mitochondrial plus élevé, meilleure capillarisation), plus l'utilisation est élevée. Une amélioration de l'épuisement se traduit par la possibilité de fournir des intensités plus élevées dans le domaine de l'endurance.

La résistance à la fatigue

La résistance à la fatigue définit la durée pendant laquelle un effort d'endurance quelconque peut être fourni (tlim). Différents facteurs jouent un rôle important à cet égard :

• Un métabolisme aérobie bien entraîné assure la fourniture d'énergie à long terme.
• Une thermorégulation efficace permet d'éviter que la température du corps n'augmente trop pendant l'entraînement et ne limite les performances.
• Plus les réserves de glycogène dans les muscles sont importantes, plus les efforts d'endurance intenses peuvent être réalisés longtemps.
• Plus les muscles respiratoires sont entraînés, moins ils se fatiguent rapidement pendant les efforts d'endurance intenses.
• Les aspects mentaux jouent également un rôle déterminant (combien de temps l'arrêt de l'effort peut être retardé lors d'un effort d'endurance fatigant).

Les adaptations de l'entraînement sur tous les points mentionnés ont pour effet de prolonger la durée pendant laquelle une performance sous-maximale peut être fournie.

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