Physiologie de l'entraînement > Bio-énergétique > La fonction circulatoire

Le maintien de la vie d'un être vivant est possible si la chaîne apports extérieurs - transformation pour création d'énergie - rejet des déchets est en fonctionnement. Les fonctions d'apport continu de nutriments et d'oxygène vers les cellules, ainsi que le rejet des déchets du métabolisme produits par celles-ci sont assurées par la fonction circulatoire.

Schématiquement, le système circulatoire est une boucle comprenant une pompe (le coeur) et des tuyaux dans lesquels circule le sang. Le coeur envoie le sang dans les artères, les organes sont déservis par les capillaires et le sang revient au coeur par les veines.

Il existe deux circuits de circulation :

• Un premier dit petite circulation, où le sang part du coeur droit par l'artère pulmonaire pour aller dans les poumons se régénérer et revenir au coeur gauche par les veines pulmonaires.
• Un deuxième dit grande circulation, où le sang part du coeur gauche par l'aorte, dessert les organes selon trois trajets (un vers le système digestif, un deuxième vers les reins et un troisième vers la tête,les membres et le tronc) et revient au coeur droit par les veines caves supérieures et inférieures.

Schéma du système circulatoire

Le coeur

Le coeur, moteur central de la circulation du sang, est un organe thoracique de forme ovoïde, creux et musculaire. Il fonctionne en autonome.
Le muscle le constituant, le myocarde, est tapissé en interne par une mince membrane, l'endocarde, et est recouvert en externe par une enveloppe séreuse, le péricarde. Il est constitué de deux éléments, le coeur droit et le coeur gauche ne communicant pas entre eux.
Ils sont chacun divisés en deux cavités :

• L'oreillette,
• Le ventricule.

Le coeur droit contient le sang non oxygéné, tandis que le coeur gauche contient le sang oxygéné. Oreillette et ventricule communiquent par un orifice muni d'une valvule (mitrale à gauche, tricuspide à droite). Les oreillettes reçoivent les veines (pulmonaires à gauche, veines caves à droite), et les ventricules les artères (aorte à gauche, pulmonaire à droite). Le myocarde étant un muscle, il est lui même vascularisé par les artères coronaires.

Le mécanisme de fonctionnement cardiaque

Le cycle cardiaque est une succession ordonnée de contractions et relâchements des oreillettes et ventricules.

Systole et diastole

• Une systole est la contraction d'une cavité (oreillette ou ventricule) et la diminution de son volume par le vidage de son sang ;
• Une diastole correspond au relâchement et à l'augmentation de volume d'une cavité qui se remplit de sang.

Le phénomène mécanique de l'activité cardiaque se traduit par la succession de systoles et de diastoles :

• Systole auriculaire (0.1s) : le sang contenu dans les oreillettes est chassé vers les ventricules ;
• Systole ventriculaire (0.3s) - diastole auriculaire : les ventricules remplies de sang se contractent et chassent le sang vers les artères; pendant ce temps les oreillettes se relâchent et se remplissent ;
• Diastole générale (0.4s) : les oreillettes sont déjà relachées et les ventricules se relâchent à leur tour.

Lors des phases de relâchement, ce sont les valves qui empêchent le retour en arrière du flux sanguin.

La tension artérielle

La tension artérielle correspond à la pression exercée par le sang sur les parois artérielles.
Elle varie à chaque battement du cœur pour passer successivement par :

• Un maximum (pression systolique dans les artères au moment de la contraction cardiaque) ;
• Et
• Un minimum (pression diastolique se maintenant dans les artères entre deux contractions cardiaques).

La pression artérielle normale de l'adulte est d'environ 12/8.

Le pouls

C'est l'onde de choc transmise le long des artères lorsque se produisent les contractions cardiaques.
Moyenne au repos suivant l'âge :

• 1 an = 115 à 130 puls/mn ;
• 10 ans = 80 à 90 puls/mn ;
• adultes = 60 à 80 puls/mn.

L'adaptation cardio-vasculaire à l'effort

Les efforts consentis pour un travail musculaire vont obliger le système cardio-vasculaire à s'adapter de façon immédiate.
La répétition de ces efforts dans le cadre d'un entraînement le fera s'adapter à long terme.

L'adaptation immédiate

Lors d'un effort sollicitant la voie aérobie, le muscle a besoin d'oxygène pour fonctionner et produit des déchets devant être évacués. C'est la fonction circulatoire qui assure le transport de ces besoins. Le volume nécessaire de sang "brassé" va augmenter. Ce brassage correspond au débit cardiaque (exprimé en l/mn ou ml/mn) et est égal à la fréquence cardiaque (FC) x (multiplié par) le volume de sang éjecté à chaque systole (VES = Volume d'éjection systolique) dans la grande circulation. L'irrigation sanguine est redistribuée par une vasodilatation dans les muscles de travail et une vasoconstriction dans les muscles non sollicités.
Dès le début de l'effort, la fréquence cardiaque augmente rapidement ainsi que le Volume d'éjection systolique. Sachant qu'au repos, seule une partie du volume stocké dans le ventricule est éjectée, cette part va augmenter pour se stabiliser. Si ensuite la fréquence cardiaque continue de croitre (> 160 puls/mn), ce volume éjecté sera alors "perturbé" par la fréquence de vidange.
La fréquence maximale (FCM) a elle même une limite située aux alentours de 220 puls/mn - âge du sportif (selon Astrand et Ryming).
Le débit cardiaque va passer de 5l/mn au repos pour se situer aux environs de 30 l/mn. Lorsque l'effort est supérieur à une limite nommée Puissance Maximale Aérobie (PMA), la fréquence cardiaque se stabilise à son maximum. A la fin de l'effort elle décroît rapidement dans un premier temps (30 à 60puls/mn pendant environ 30s) puis plus lentement pour "payer" la dette d'oxygène contractée pendant l'exercice. (voir le chapitre ci-après sur la fonction respiratoire).

L'adaptation à long terme

Les effets de l'entraînement sur le coeur modifie le volume d'éjection systolique (VES) ainsi que la fréquence cardiaque (FC). En effet l'entraînement aérobie à intensité et volume adapté crée une hypertrophie cardiaque caractérisée par une augmentation de la cavité et un épaississement des parois.
La baisse de la fréquence cardiaque au repos, un seuil à l'effort plus bas, une meilleure stabilisation pour une même intensité d'exercice aérobie (entre un non entraîné et un entraîné), ainsi qu'un retour à la fréquence de repos plus rapide, est due à l'ajustement des systèmes de contrôle activant ou calmant l'activité cardiaque. Une modification de la structure fait que l'organisme n'a peut être pas besoin d'un cœur qui bat plus vite.
L'ensemble de ces modifications entraîne une augmentation du débit cardiaque et donc de la Consommation Maximale d'Oxygène.
L'entraînement en endurance va aussi augmenter le volume sanguin et permettre d'accroître la capacité "tampon" du sang, ainsi que la densité capillaire pour un meilleur approvisionnent sanguin au niveau des muscles.
Les entraînements visant le développement de l'endurance de base permettent l'augmentation de la densité capillaire, alors que l'augmentation de la structure cardiaque dépend d'un entraînement au seuil anaérobie ou proche de la VO2max.

Le sang

Le corps humain contient environ 4 à 5 litres de sang lui-même composé de plasma, de globules rouges et de globules blancs. Le plasma, liquide jaune clair transparent, transporte les éléments nutritifs nécessaires au corps ainsi que les déchets vers les organes dont le rôle est de les éliminer.
Le plasma contient de l'eau, des sels minéraux, des protides, des lipides, des glucides, a des taux constants maintenus grâce à des mécanismes régulateurs.
Les globules rouges (ou érythrocytes ou hématies) contiennent de l'hémoglobine, pigment des globules rouges, qui assurent le transport de l'oxygène et du gaz carbonique entre l'appareil respiratoire et les cellules de l'organisme. L'entraînement ne fait pas subir de modifications à ceux-ci, contrairement à l'entraînement en altitude qui permet d'augmenter leur nombre.
Les globules blancs (ou leucocytes) du sang et de la lymphe assurent la défense contre les micro-organismes en détruisant les bactéries et en sécrètant des anticorps.