EFFORT (physiologie)

EFFORT (physiologie)

L’effort physique provoque dans l’organisme d’importantes perturbations qui affectent toutes les grandes fonctions et plus spécialement la circulation du sang. L’adaptation de l’appareil cardio-vasculaire est très différente selon la nature de l’effort : effort statique (respiration bloquée) et effort dynamique (avec respiration libre) ont des conséquences physiologiques très différentes. À la longue, cette adaptation amène un véritable conditionnement anatomique et physiologique des organes et de l’organisme. C’est dans le domaine de l’entraînement sportif que les mécanismes de ce conditionnement ont pu être étudiés de façon quasi expérimentale.

1. Les deux types d’effort

Effort statique

L’effort statique est, par exemple, celui qu’effectue un sujet au cours d’un exercice d’haltérophilie. Il fait d’abord une inspiration profonde, la glotte se ferme, le thorax et l’abdomen sont immobilisés en position d’expiration bloquée. Ce blocage respiratoire provoque des perturbations cardio-vasculaires: l’élévation de la pression-intrathoracique, qui se produit alors, se répercute dans les capillaires pulmonaires, l’artère pulmonaire, le ventricule droit, l’oreillette droite et le système veineux (dans la veine cave supérieure en particulier). Le retour du sang veineux au cœur droit est gêné: la vitesse circulatoire est donc ralentie et le débit cardiaque diminué. La circulation artérielle continue cependant à être alimentée par le cœur gauche; elle s’effectue, au cours des premières secondes de l’effort, sous une forte pression provoquée par des réflexes partis du cœur droit. La tension artérielle peut ainsi passer, dès le début de l’exercice, de 14-8 à 18-12.

Dès que l’effort, qui ne peut être que de très courte durée, cesse, les pressions et les conditions hémodynamiques redeviennent normales.

Un tel effort peut être dangereux pour la circulation cérébrale si l’arbre artériel cérébral n’est pas en parfait état. Alors peuvent se produire des ruptures artérielles, en cas d’anévrisme ou de sclérose. Si l’effort est réalisé en position couchée (exercice de gymnastique abdominale), les risques sont encore plus grands, surtout pour les personnes âgées.

Effort dynamique

L’effort dynamique, produit pendant une marche ou une course, permet une adaptation cardio-pulmonaire s’effectuant en respiration libre. La mesure des volumes d’oxygène consommé et de gaz carbonique rejeté permet de mettre en évidence les variations des paramètres physiologiques qu’il entraîne. Par minute un sujet au repos absorbe 200 à 250 cm³ d’oxygène et produit 200 cm³ de gaz carbonique. Au cours d’un effort violent, ces chiffres peuvent atteindre 4 à 5 l/min pour l’oxygène et 5 à 6 l/min pour le gaz carbonique; dans le cas d’une marche rapide (8 km/h), ils sont de 2,4 l/min et 2,5 l/min.

Débit cardiaque

Pour s’adapter à cette situation, le débit cardiaque de 4 à 5 l/min au repos, peut atteindre 40 l/min, grâce à l’augmentation de l’ondée systolique, quantité de sang éjectée par chaque ventricule au cours d’une contraction, et à celle de la fréquence cardiaque. Ces deux phénomènes, bien qu’apparemment opposés, sont étroitement liés: l’ondée systolique dépend du remplissage ventriculaire qui est à la fois gêné par la diminution du temps de pause diastolique (tachycardie) et favorisé par l’augmentation de la vitesse circulatoire. En outre, les contractions musculaires des membres inférieurs et la baisse de la pression thoracique lors des grandes inspirations permettent un remplissage rapide du cœur. Ce mécanisme de variation de l’ondée systolique est encore mal connu: la loi de Starling (augmentation de l’éjection avec la dilatation du cœur et l’étirement de la fibre cardiaque) est sans doute dépassée. Les travaux de Reindell, Plas et Palardy semblent montrer, en effet, que le volume diastolique ne change pas au cours de l’effort dynamique.

L’augmentation de l’onde systolique paraît alors due à l’accroissement du tonus myocardique, sans doute sous l’influence de l’adrénaline produite par les nerfs sympathiques, accélérateurs du cœur.

Quoi qu’il en soit, durant l’effort, chez un athlète entraîné, le volume de sang expulsé à chaque systole cardiaque croît considérablement (de 40-50 cm³ à 120-150 cm³). L’augmentation du rythme cardiaque pourrait sembler relativement inutile, mais elle est pourtant nécessaire.

À la fin d’un 400 m, le rythme cardiaque dépasse 200 pulsations par minute. Par contre, à la fin d’un 1 500 m, d’un 5 000 m ou même d’un 10 000 m, il est de 130. Sa valeur dépend essentiellement de l’allure en fin de course, ce qui explique ces différences. Mais le temps de retour au calme est proportionnel à l’intensité et à la durée de l’effort et rend compte de la dette d’oxygène contractée dès le début de celui-ci. Outre l’action de l’adrénaline mentionnée plus haut, cette tachycardie est liée à l’excitation des presso-récepteurs des veines caves et à l’élévation de la température. Elle est limitée par l’action contraire du système cardio-modérateur mis en jeu par le nerf de Hering et le nerf de Cyon, qu’excitent les corpuscules carotidiens et aortiques. Il faut remarquer qu’elle débute avant l’effort proprement dit, provoquée par un stress d’anticipation . L’accélération initiale est donc déclenchée par l’écorce cérébrale.

Grande circulation

Grâce à l’augmentation de débit cardiaque, les tissus reçoivent une quantité plus grande d’oxygène, en particulier les groupes musculaires au travail. La distribution du sang peut être privilégiée sur certains territoires grâce aux variations du calibre des vaisseaux (vaso-motricité). C’est ainsi que le territoire au travail est mieux irrigué grâce à des «balancements» circulatoires.

Il est affecté par une vaso-dilatation régionale qui intéresse les capillaires, l’artère du muscle, l’artère du membre. La vaso-dilatation capillaire est due essentiellement à l’action de l’acide carbonique sur les cellules myo-épithéliales de Rouget. Les autres métabolites acides en rapport avec la contraction musculaire agissent dans le même sens. Il s’ensuit que, au travail, tous les capillaires sont ouverts à la circulation alors qu’au repos un sur dix suffit à assurer le débit. Or il y a 1 500 à 3 000 capillaires par millimètre carré de coupe transversale de muscle. On conçoit l’importance de l’ouverture de ce lac capillaire qui transforme le muscle en une véritable éponge gonflée de sang, mais aussi l’importance du territoire ainsi ouvert à la circulation, l’abaissement des résistances périphériques que ce phénomène provoque et la répercussion sur la tension artérielle.

La vaso-dilatation de l’artère du muscle et de l’artère du membre relève d’un mécanisme réflexe. L’excitation des capillaires musculaires provoque les réflexes ascendants de Fleisch qui, par les tuniques artériolaires, gagnent les formations vaso-sympathiques intramurales et les ganglions des plexus. Sous l’action de ces réflexes, les gros vaisseaux du territoire au travail n’obéiront plus aux excitations vaso-constrictives provoquées par l’excitation du C² et des métabolites acides sur les centres vaso-constricteurs bulbaires. Mais l’intervention d’une vaso-constriction générale va provoquer par ailleurs une réduction du débit sanguin dans le territoire splanchnique et dans le territoire cutané (tout au moins dans les premiers temps de l’effort, jusqu’à ce que les capillaires cutanés s’ouvrent de nouveau pour assurer la régulation thermique). Par contre, le débit coronarien décuple au cours de l’effort. Il semble que ce soit là le moyen pour le myocarde d’échapper à l’hypoxie durant l’effort musculaire. Quant à la circulation cérébrale, elle subit l’influence de l’augmentation générale du débit, sans qu’il y ait phénomène de vaso-constriction à son niveau.

Ces fluctuations se traduisent cliniquement par les modifications de la tension artérielle. La valeur maximale s’élève considérablement et il n’est pas rare de la voir atteindre 20-25 cm chez un individu participant à un sprint cycliste. La valeur minimale, en revanche, varie peu et, chez les sujets entraînés, elle s’abaisse. Ce fait est en rapport avec la baisse des résistances périphériques, provoquée par l’élargissement du lac capillaire musculaire. Il s’ensuit une augmentation de la pression différentielle qui persistera tant que l’adaptation au travail sera parfaite et qui diminuera dès que la fatigue apparaîtra. La diminution de la pression différentielle au cours d’un effort prolongé est le signe prémonitoire de la fatigue.

Petite circulation

La circulation pulmonaire doit permettre à la totalité du débit cardiaque de traverser les poumons, pour que le sang y subisse l’oxygénation nécessaire. Or la vaso-motricité est réduite et la pression faible dans le système de la petite circulation. Pour que la pression dans les capillaires pulmonaires ne s’élève pas (au-dessus de 36 mm Hg, il y a risque d’œdème aigu du poumon), il se produit, dès le début de l’effort, une extension du territoire capillaire pulmonaire, par ouverture de zones circulatoires qui sont fermées au repos.

Respiration

Pour permettre l’enrichissement du sang en oxygène, la ventilation respiratoire augmente en même temps que l’amplitude et la fréquence des mouvements respiratoires (cette dernière ne doit pas dépasser 25 mouvements par minute pour être efficace). De 5 l, le volume d’air absorbé par minute passe à 50 ou même 100 l.

Quel que soit le rythme respiratoire, une partie de l’air inspiré reste dans les voies aériennes supérieures (trachée, grandes bronches) sans parvenir aux alvéoles. Ce volume d’air, constituant l’espace mort, reste constant lorsque l’amplitude respiratoire augmente dans le rythme représenté par une aspiration profonde, suivie d’une expiration volontairement poussée. La quantité d’air inhalé double ou triple. Les alvéoles reçoivent donc plus d’air nouveau, l’air vicié est évacué plus complètement par une expiration profonde, si bien que le renouvellement de l’air alvéolaire est considérablement amélioré. Des alvéoles pulmonaires pratiquement fermées quand le sujet est au repos s’ouvrent, et ainsi se réalise l’adaptation cardio-pulmonaire qui rend utile, pour les tissus, l’augmentation du débit cardiaque. Ces modifications ventilatoires sont provoquées à la fois par des réflexes partis des articulations et des muscles et par les variations sanguines du taux d’oxygène et du taux de C² qui agissent sur le centre respiratoire bulbaire soit directement, soit par l’intermédiaire des corpuscules carotidiens et aortiques. La volonté contribue enfin à déterminer des modifications ventilatoires.

L’échelonnement de l’adaptation

Ces phénomènes complexes d’adaptation cardio-pulmonaire ne s’installent pas subitement. Ils vont se mettre au point progressivement dans une première phase qui répond à la «mise en train» bien connue des sportifs au cours de laquelle le pouls, la tension artérielle, la respiration sont plus ou moins désordonnés. La deuxième phase est annoncée par la sensation de «second souffle» lors de l’entrée dans le régime de travail constant. Les réactions rythmiques, tensionnelles, ventilatoires s’amenuisent et l’équilibre se maintiendra jusqu’à l’apparition de la fatigue. De toute façon, si l’effort est interrompu avant les signes de fatigue, une phase de récupération suivra, grâce à laquelle l’organisme payera la dette d’oxygène constituée pendant la phase de mise en train: la récupération sera ainsi d’autant plus longue que la mise en train aura été plus lente.

2. Modifications du milieu intérieur au cours de l’effort

Le sang

Les perturbations tissulaires circulatoires et respiratoires ont leur traduction dans le sang veineux. Sans insister sur l’accroissement de la consommation d’oxygène par les tissus, on peut résumer ainsi les variations de la composition du sang:

– Au cours de l’effort, une hémo-concentration se produit: la partie solide du sang, les globules, augmente cependant que diminue la partie liquide. Mais le nombre des globules blancs s’accroît plus que celui des rouges, parce que certains d’entre eux sortent des territoires lymphatiques balayés par le torrent circulatoire.

– Un syndrome d’acidose : le sang a tendance à devenir acide. Au début de l’effort, la concentration du sang en acide carbonique s’élève sous l’effet de la contraction musculaire. En cours et en fin d’effort, cette quantité d’acide dissous s’accroît encore, car l’acide lactique également produit par la contraction musculaire envahit le sang, déplace l’acide carbonique lié aux bases tampons, sels de sodium et de potassium. Cela entraîne en même temps la diminution de la réserve alcaline constituée par les bicarbonates de sodium, de potassium, etc., l’acidose est devenue métabolique, réelle, entraînant une variation du pH sanguin (cf. équilibre ACIDO-BASIQUE). On peut concevoir que si cette perturbation s’intensifie, un dérèglement des appareils régulateurs des diverses fonctions de l’organisme peut s’ensuivre avec des conséquences fatales. Le doping, en faisant reculer l’apparition de la sensation de fatigue, pourrait inciter à une poursuite intempestive de l’effort qui rendrait irréductibles des phénomènes habituellement réductibles.

La sécrétion hormonale

L’effort agit comme un stress (agent d’irritation) qui sollicite l’activité des glandes surrénales, aussi bien la médullo-surrénale qui sécrète davantage d’adrénaline que la cortico-surrénale qui produit davantage de corticoïdes-hormones à la fois anabolisantes (réparation des tissus) et catabolisantes (dépense tissulaire). Cette augmentation des sécrétions surrénaliennes est très nette lors des efforts prolongés. En revanche, lors de ces mêmes efforts prolongés (courses cyclistes de plusieurs jours), la sécrétion des hormones testiculaires tend à diminuer. Il s’ensuit donc un déséquilibre entre les hormones de la défense (corticoïdes surrénaliens) et celles de la récupération (hormones anabolisantes), qui peut être préjudiciable à l’état musculaire.

3. Le conditionnement sportif

La pratique habituelle d’activités physiques, en provoquant sur les divers appareils les réactions ci-dessus décrites, est à l’origine d’un véritable conditionnement organique.

L’exemple le plus spectaculaire est celui du cœur. Le conditionnement cardiaque se traduit par trois caractères qui font du cœur sportif un cœur bien particulier. Le cœur sportif est gros ; l’augmentation du volume est due à la fois à une hypertrophie du muscle également répartie sur le cœur droit et sur le cœur gauche et à une augmentation de capacité des cavités ventriculaires. Cela explique la possibilité qu’a le cœur sportif d’augmenter considérablement son débit lors de l’effort. Ce cœur est lent ; le rythme de base se situe vers 50. Cela est dû à l’hypertonie du système pneumogastrique consécutive à l’entraînement du système nerveux autonome fréquemment sollicité par des appels de sens contraire qui marquent démarrage et arrêt. Le cœur sportif est sthénique , c’est-à-dire que la force de ses contractions est plus grande. Cet effet est dû à la fois à la plus grande longueur de la fibre, à la meilleure irrigation du muscle, à la meilleure qualité du métabolisme et à l’action sur la fibre myocardique de l’adrénaline sécrétée en abondance par la médullo-surrénale lors de l’effort.

Les glandes surrénales subissent aussi une hypertrophie qui permet la possibilité d’un accroissement de la sécrétion des diverses hormones. L’anatomie du poumon est également transformée par l’augmentation de la circulation pulmonaire.

Ce conditionnement anatomique, qui montre la réalité de l’effet des activités physiques sur l’organisme, ne doit pas faire oublier le conditionnement physiologique dont les effets sont surtout nets dans le domaine de la motricité.

L’entraînement développe le contrôle de la motricité en permettant d’acquérir la précision et l’économie du geste qui se trouve débarrassé de tous les mouvements parasites inutiles, la souplesse des mouvements par une meilleure harmonisation de l’action des muscles agonistes et antagonistes, une équilibration plus stricte par une régulation précise du tonus musculaire en rapport avec une vivacité accrue des réflexes sensitivo-moteurs généraux et sensoriels. Dans le mouvement volontaire du sportif entraîné, le rôle de l’écorce cérébrale est primordial au début. Le sujet doit acquérir une image motrice faite à la fois de la représentation visuelle du geste à accomplir et des diverses sensations recueillies à la périphérie que l’exécution du geste projette jusqu’à l’écorce pariéto-temporale par les voies sensitives. Lorsque cette double représentation est réalisée, l’exécution du geste est parfaite. Alors le rôle de l’écorce cérébrale s’amenuise peu à peu. La place prédominante revient aux formations nerveuses sous-corticales plus directement responsables des mouvements automatiques. Dans la mesure où l’automatisme a pris le dessus, la part de la volonté n’intervient que pour la décision de l’acte et pour sa finition. Tous les gestes intermédiaires relèvent alors de l’automatisme. Cela explique avant tout la diminution de la fatigabilité et par conséquent l’accroissement de la résistance. Mais cela explique aussi la vivacité plus grande de certains réflexes de parade, rendus possibles par une connaissance anticipée du geste qui s’impose. Le rôle du cortex cérébral chez le sujet entraîné n’en est pas moins important. Nous avons vu l’adaptation préalable à l’effort que représente la tachycardie initiale déclenchée par un stress d’anticipation. Ce stress d’anticipation peut entraîner chez certains sujets la sécrétion de l’adrénaline avant le début de la compétition et le sujet se trouve ainsi d’emblée en possession des moyens d’adaptation. Toutefois, si ce stress d’anticipation est trop violent, s’il survient sur un sujet fatigué, il aura un rôle néfaste, engendrera l’angoisse et déréglera la mécanique de précision créée par l’entraînement.

Ici intervient la constitution psychique du sportif, qui réagira différemment selon qu’il a tendance à la dépression ou à l’exaltation. Cette influence sur le psychisme du sport et des activités physiques peut, à l’inverse, être utilisée pour stabiliser certains caractériels et, de fait, les activités physiques apparaissent comme un agent thérapeutique utile aussi bien pour lutter contre la dépression que pour canaliser l’agressivité.

L’influence du sport sur le développement de l’organisme et de la personnalité est donc certaine. Pour que ce rôle soit bénéfique, il faut que l’entraînement soit bien conduit et médicalement surveillé. Au conditionnement sportif harmonieux que nous avons décrit, il faut opposer les accidents du surentraînement ou du mauvais entraînement. Il s’agit essentiellement de troubles cardiaques, que peut engendrer une pratique sportive abusive ou mal conduite, hors de rapport avec l’âge du sujet. Cela est vrai surtout des adolescents chez lesquels les troubles du rythme cardiaque et le syndrome du «cœur forcé» peuvent être la conséquence d’une pratique du sport non surveillé. Chez les sujets qui ont passé la quarantaine, le sport peut provoquer la révélation d’un état coronarien existant et on peut observer ainsi des crises d’angine de poitrine, des infarctus du myocarde. Certains sports comportent par eux-mêmes des risques plus grands: la chasse sous-marine, les sports de haute montagne, la boxe.

C’est dire la nécessité de la surveillance médicale de l’entraînement sportif. Tout sportif doit s’assurer d’abord qu’il est apte à l’effort, puis que son organisme s’accommode bien de l’entraînement.

Il doit se soumettre à un examen médical complet comportant des épreuves cardiaques fonctionnelles avec enregistrement de l’électrocardiogramme au repos et à l’effort. Cet examen doit être pratiqué chaque année en l’absence de tout trouble fonctionnel. Il est souhaitable qu’au cours de l’entraînement le sportif bénéficie d’une visite médicale tous les trois ou six mois, ce qui permettra de dépister une fatigabilité anormale, une tachycardie d’effort exagérée, une lenteur de récupération, des extrasystoles, des précordialgies, des lipothymies après l’effort. Ces consultations cliniques simples permettent le dépistage des troubles mineurs du surentraînement, dont le seul remède est la diminution des activités physiques.

Selon les réactions observées au cours des épreuves d’effort, des conclusions peuvent être tirées permettant l’orientation vers d’autres sports, la graduation de l’entraînement. Ainsi surveillée, la pratique sportive remplira son rôle formateur et aidera l’homme à vivre mieux et pleinement avec une impression de bien-être physique et moral.

Encyclopédie Universelle. 2012.