Fc, VO2 et calculs des volumes

Publié le par My personnal Coach (Deshais Franck)

Relation entre Fréquence cardiaque (Fc)  et VO2

Encore un article sur la Fc... Oui, mais la relation entre l'activité physique et la Fréquence cardiaque est tellement importante qu'il serait beaucoup trop long de tout traiter sur un article de blog...
A moins de faire des miliers de liens au sein même de l'article (ca viendras!) je préfère autant traiter les sujets par petits bouts; D'autant que chaque articles fait réference à des niveaux de compréhension différents et ne s'adressent pas au même public.

  • Activité spontanée du coeur et fréquence cardiaque
  • Relation fréquence cardiaque - Débit cardiaque
  • Relation entre Fc et Vo2 - Principe de Fick

Activité spontanée du coeur et fréquence cardiaque

 

Le muscle cardiaque possède la particularité de pouvoir générer sa propre activité électrique lui assurant une autonomie nerveuse essentielle pour assurer sa fonction. Elle est produite par un tissu spécialisé, le tissu nodal, qui se réparti à des endroits bien précis du muscle cardiaque.

Ainsi, en l'absence de toute stimulation nerveuse ou hormonale, le muscle cardiaque bat à une fréquence de 70 à 80 battements par minute (bpm).
Toutes variations élevant ou abaissant la fréquence cardiaque aura un effet sur le débit cardiaque, c'est-à-dire sur la quantité de sang qui circule par unité de temps (généralement la minute) dans notre corps.

Ce qui en fait l'un des paramètres cardiovasculaires les plus faciles à mesurer, c'est qu'il suffit de prendre son pouls au niveau de l'artère carotide (cou) ou radiale (poignet).
On mesure ainsi le nombre de battements par minute de notre coeur ou fréquence cardiaque (FC), c'est-à-dire le nombre de pulsations qui se produisent sur une période de temps déterminée.

Relation fréquence cardiaque - débit cardiaque

 

Si la FC représente le nombre de bpm, il faut aussi prendre en considération la quantité de sang expulsé à chaque contraction du muscle cardiaque.
Il s'agit du volume d'éjection systolique ou VES.
La systole correspond à la phase de contraction du coeur, par opposition à la diastole qui est sa phase de relâchement. En multipliant la fréquence cardiaque par ce volume, on obtient le débit cardiaque.

Ainsi, le débit cardiaque est égal à :

Q = FC x VES

où Q est le débit cardiaque exprimé en litres par minute (normalement, il faut mettre un petit point au-dessus pour montrer que cette valeur est exprimée par rapport au temps, c'est-à-dire une dérivée... pour ceux qui ont quelques souvenir de math), FC la fréquence cardiaque mesurée en bpm et VES le volume d'éjection systolique exprimé en l ou ml.

Par conséquent, la FC nous renseigne de façon indirecte sur le travail qui est fournit par le coeur pour répondre à l'augmentation des besoins liés à l'exercice, mais aussi sur les échanges qui s'opèrent au repos ou pendant l'exercice physique.

 Evolution du débit cardiaque au repos et à l'exercice


Nous allons considérer que le Q au repos est de 5000 ml/min. Partant de là, il est aisé de montrer que le coeur d'un sportif travail de façon beaucoup plus économique que celui d'un sédentaire. Pour cela, il suffit de diviser ce débit par la FC au repos du sujet.


Si celle du sédentaire est de 70 bpm, alors son VES est de 5000/70 soit 71 ml environ ; si la FC au repos du sportif est de 50 bpm, alors son VES est de 5000/50 soit 100 ml.

Au repos et à Q égal, le coeur de sportif bat plus lentement mais se remplit et se vide beaucoup mieux que celui du sédentaire.


A l'exercice, on sait que le Q est en moyenne de 20 à 22 l/min chez le sédentaire et de 35 à 40 l/min chez le sportif.
Appliquons le même raisonnement. Considérons que les deux sujets atteignent la même FC max à la fin d'un exercice de 195 bpm, le VES du sédentaire est de 20000/195 soit 113 ml alors que celui de sportif est de 35000/195, soit 179 ml. A l'exercice et à FC max égale, le coeur du sportif expulse plus de sang par minute que le sédentaire.

Par conséquent, que ce soit au repos ou durant l'exercice, le sportif possède un coeur qui travaille de façon plus efficace et/ou plus économe.

 

 

Relation entre FC et VO2 et principe de Fick

 


Le VO2max est un paramètre qui est censé caractériser les performances du système cardio-respiratoire
, c'est-à-dire la capacité à réaliser des exercices prolongés continus ou intermittents d'intensité faible à élevée.
Or, ce type d'exercice est largement tributaire du transport de l'oxygène nécessaire à la couverture des besoins des muscles actifs.
Le système de transport de l'oxygène comprend toutes les composantes des systèmes cardio-vasculaire et respiratoires impliquées dans la fourniture et le transport de l'oxygène.

Le débit d’O2 prélevé par les poumons VO2 est égal au débit d’O2 dont s’enrichit le sang lors de son passage au niveau des poumons ; ce dernier correspond la différence entre le débit emporté par le sang artériel (VaO2) et le sang veineux mélé (VvO2) :

VO2 = VaO2– VvO2

Le fonctionnement de ce système de transport de l'oxygène est donc la résultante de l'interaction entre le débit cardiaque et la quantité de sang partant du coeur dans le sang artériel (Ca02) et celle revenant au coeur par le sang veineux (Cv02), c'est-à-dire la différence de concentration en oxygène dans le sang artériel et le sang veineux mêlé (car il arrive du sang de la circulation pulmonaire et de la circulation systémique... le reste du corps) ou différence artério-veineuse en O2.

Q = VaO2 /CaO2 et Q = VvO2 / CvO2

On en déduit donc que le débit cardiaque total est égal à :

Q= (VaO2 - VvO2) / (CaO2-CvO2)

Sachant que VO2 est égal à VaO2 - VvO2, il vient :

Q= VO2 / (CaO2-CvO2)

On en tire l'équation permettant de trouver le VO2 :

VO2 = Q.(CaO2-CvO2)


Puisque le débit cardiaque est égal au produit de la fréquence cardiaque (FC) par le volume de sang sortant du coeur à chaque contraction (systole), encore appelé volume d'éjection systolique (ou VES), on a une équation mettant directement en relation le VO2 et la FC :

VO2 = FC x VES x (Ca02-Cv02)

Ainsi, on comprend mieux pourquoi les physiologistes de l'exercice physique se sont penchés très tôt sur la relation entre FC et VO2.

Par exemple, Wyndham (1959) a montré qu'il existait une relation linéaire entre ces deux paramètres, tout au moins dans les intensités sous-maximales d'exercice (entre 50% et 90% généralement).
Depuis, nombreux sont ceux qui ont utilisé cette relation pour estimer les capacités maximales d'un sujet (Astrand et coll. 1964 ; Astrand et Rhyming 1954 ; Astrand et Saltin 1961 ; Conconi et coll. 1982 ; Davies et coll. 1972 ; Fox 1973). Encore faut-il être sûr que cette relation soit suffisamment fiable pour établir un programme de séances ou mettre en place le suivi d'un entraînement.

 

La fiabilité d'une mesure réalisée sur le terrain repose, d'une manière générale, sur deux facteurs :
la fidélité et la validité. Pour être fidèle, la mesure doit être à la fois la plus objective et la plus reproductible possible. En d'autres termes, la mesure doit pouvoir être faite par n'importe qui et à n'importe quel moment sans que cela ne nuise à la valeur enregistrée.


De multiples facteurs peuvent influencer la FC. On les divise généralement en deux catégories :
les facteurs intrinsèques et les facteurs extrinsèques.

Les premiers concernent uniquement la façon dont le coeur est stimulé par ses propres cellules nerveuses situées dans ses parois. Les variations qui pourraient subvenir à ce niveau relèvent du domaine médical et sont généralement le fait d'anomalies du rythme cardiàaque. Ils ne seront pas abordés ici.
Par contre, il est important de savoir quels sont les facteurs extrinsèques qui peuvent induire des variations de FC lors de sa mesure. Cette importance est plus évidente encore si l'on décide d'utiliser la FC comme paramètre de suivi ou de contrôle de l'entraînement comme nous le verrons dans la partie utilisation..


Les facteurs extrinsèques regroupent des influences de plusieurs ordres :
nerveuse, hormonale, environnementale, chimique, etc. La gande majorité des influences est le fait de l'innervation que reçoit le coeur, ainsi qu'à certaines substances chimiques circulant dans le sang.
Elles sont regroupées sous le terme de contrôle extrinsèque de la FC.

Dans les cas les plus extrêmes, ce contrôle peut abaisser la FC à 30 bpm au repos ou la faire monter jusqu'à 210 bpm au cours d'un exercice maximal. Ces contrôles extrinsèques peuvent même avoir un rôle à jouer avant même que l'exercice ne commence!

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