Entraînement
Physiologie et paramètres cardio-vasculaires             
 

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  1. Les muscles
    1. Composition du muscle
    2. Différents types de fibres musculaires
    3. Typologies musculaire
  2. Le système neuromusculaire
  3. Le système nerveux autonome

  4. Physiologie neuromusculaire et préparation

  5. Le Coeur (SG, fractionné, SV2,VES)

  6. Le sang

  7. Les capillaires

  8. Les mitochondries (Aérobie pure SG)

 

  1. Composition du muscle

 
Un muscle est composé d'un ensemble d'éléments que je vous propose de découvrir brièvement. Vu de l'extérieur il y a une enveloppe appelé Epimysium (à vos souhaits ).

A l'intérieur on retrouve des faisceaux de fibres musculaires. Ces fibres musculaires sont composées myofibrille elles mêmes composées de filaments d'actine et de myosine. Le mouvement est réellement créé par le glissement entre eux de ces petits filaments.

Bon vous suivez toujours !!!

 

  1. Différents types de fibres musculaires

    Comme décrit précédement, un muscle est composé de fibres musculaires. Selon la fonction du muscle et sa position il est composé d'un mélange de différents types de fibres. On en distingues 2 catégories dites lentes et rapides.

     

    • LENTES - Type I (ST)
      Les fibres lentes sont de petites tailles. Elles participent aux efforts longs de faibles intensités. Elles ont la particularité d'être peut fatigables. Ces fibres sont la panacées des sports d'endurance. Elles sont fortement capillarisés d'ou leur couleur caractéristique rouge.

     

    • RAPIDES - Type II (FT)
      pour compliquer on distingue 3 sous catégories de fibres rapides:
      • Type IIb c'est la fibre rapide qui permet des contractions élevées. Elle ne participe qu'à des efforts brefs et intenses. Elles fonctionnent surtout un mode anaérobie. Elles sont de couleur blanche.
      • Type IIa C'est une fibre hybride, qui permet des efforts importants tout en possédant un pouvoir oxydatif important (comprendre aérobie)
      • Type IIc Ces fibres à mi chemin entre les fibres I et IIb sont encore mal connues. Elles sont normalement présentent chez le nourrisson. Elles peuvent réapparaîtrent chez des athlètes de haut niveau.

      Résumé des caractéristiques des fibres: (Source: "L'éducateur sportif", 2ème édition Vigot)

       

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  2. Typologies musculaire

Le cyclisme, est un sport d'endurance. Mais contrairement à d'autres disciplines comme le ski de fond ou le marathon le cycliste doit développer une certaine puissance de pédalage. Il semblerait que la typologie musculaire d'un cycliste soit un mixte de fibres rapides et fibres lentes. En CAP longue distance ou ski alpinisme seules les fibres lentes comptent. Chez certains athlète de l'ultra endurance les quadriceps possèdent plus de 85% de fibres lentes. pour le cyclisme un ratio de 60% lentes, 40% rapides est un bon compromis.  (Source: "L'éducateur sportif", 2ème édition Vigot)

C'est pourquoi en cyclisme, il faut consacrer des séances spécifiques de PMA,force, force explosive pour exploiter et développer aussi ces fibres rapides.

De plus la répartition des ces fibres dans le muscle n'est pas homogène. Il semble que les fibres rapides se trouvent en grande proportion à la périphérie du muscle.

La génétique, bien sûr intervient. Certains naissent avec 90% de fibres rapides dans les jambes, ce sont les sprinteurs. D'autres avec 80% de fibres lentes ce sont la marathoniens. Il est intéressant de noter, qu'avec l'entraînement un certains nombres de fibres rapides deviennent des fibres lentes. Le contraire est beaucoup plus difficile. Donc on naît sprinter mais on peut devenir un athlète endurant avec l'entraînement.

On a des muscles c'est bien !!! On sait maintenant de quoi est composé un muscle. Il ne reste plus qu'a étudier de plus près comment on peut mouvoir ces muscles.

Tout part du cerveau !!! (même chez les blondes ).

Le cerveau et la moelle épinière forment le système nerveux central (SNC).C'est  la moelle épinière qui donne les ordres au système nerveux périphérique (SNP) en "excitant les motoneurones (c'est la câblage électrique humain). Ces motoneurones acheminent les signaux électriques qui vont permettre au muscle de se contracter.

Sans entrer trop dans le détail, comment est généré cet influx nerveux ?  Ce signal électrique est d'origine chimique.

Chaque partie du motoneurone peut subir des modifications chimiques. Tout se passe entre l'extérieur et l'intérieur du motoneurone. A travers sa membrane, il y a échange de ions potassium/ sodium (K+;Na+). Au repos on parle de potentiel de repos membranaire -70mV. Donc une différence d'équilibre de ces 2 substances crée une différence de potentiel localement. Après c'est comme une pile électrique, on se retrouve avec un point positif et un point négatif,ainsi né le courant !!!

Représentation EXCELLENTE du phénomène:


(* source programmes Pierre Perez)

 
Il faut aussi savoir que ce n'est pas l'influx nerveux qui parcours le muscle. Ce courant est bien trop faible pour cela.Lorsque l'influx nerveux  arrive en bout de parcours (synapse ou terminaison axonale) il va libérer des neurotransmetteurs (acétylcholine ACh) qui eux vont permettre la dépolarisation de la fibre musculaire par apport de ions sodium (Na+).  Cela va libérer du calcium Ca+ qui en se fixant sur les liaisons actine/myosine va créer le mouvement. CQFD !!!


(* source programmes Pierre Perez)


((source: Physiologie du sport & de l'exercice Jack H. Wilmore)

La vitesse de l'influx nerveux,dépend de deux paramètres:

  • Taille: Plus la taille du motoneurone est gros, plus l'influx nerveux est rapide.
  • La myéline:  Les motoneurones recouverts de cette substance lipidique accélère vraiment l'influx neveux

Le gros motoneurone à myéline atteignent 120m/s.

On distingue  2 types de motoneurones: Les petits qui vont commander les fibres musculaires lentes de type I et les gros qui commandent les fibres rapides types II. Chaque motoneurone commande un ensemble de fibres musculaires. Moins de 100 pour les petits motoneurones et plusieurs centaines pour les gros.

Un motoneurone est connecté à un certain nombre de fibres musculaires. Lorsque le signal passe dans la motoneurone alors toutes les fibres rattachées à ce motoneurone s'activent et se contractent. C'est du "tout ou rien". C'est ensemble est appelé "UNITÉ MOTRICE"  

On a le motoneurone (le fil électrique) et on le muscle (l'ampoule). Quel type de signal est envoyé par le SNP pour faire bouger le muscle. Je développe cette partie car elle aide à comprendre comment fonctionne l'électrostimulation (Compex et autre).

Pour que le muscle bouge, il faut que les fibres musculaires se contractent. Le signal reçu par la plaque motrice doit avoir une certaine durée ainsi qu'une centaine intensité. La loi qui régit l'intensité de la contraction musculaire s'appelle loi de Weiss: I=Rh(Cr/t +1), Les termes Rh et Cr sont constants et représentent respectivement la rhéobase et la chronaxie. Pour information, les sportifs entraînés ont une « excitabilité » plus marquée que les sédentaires.

Si on envoie une impulsion unique mais suffisante alors toutes les fibres qui appartiennent à cette unité motrice vont se contracter puis de relâcher. Pour créer une contraction musculaire durable il faut envoyer une série d'impulsions à travers le motoneurone. La fréquence de ces impulsions pour créer ce qu'on appel 'la fusion tétanique' dépend du type de fibre. (Source: "L'éducateur sportif", 2ème édition Vigot)

  • < 20 Herz pour les fibres lentes I ST

  • ~ 30-40 Herz pour les fibres hybrides

  • > 50 Herz pour les fibres rapides II FT

En fonction de l'intensité de l'effort, de la rapidité du geste, le SNP envoient les impulsions à travers les motoneurones petits et gros afin de fournir un mouvement correspondant aux désirs du sportif. Ce qu'il faut savoir c'est que l'ordre de recrutement des fibres (ou unités motrices) part toujours des petits motoneurones vers les plus gros. Donc même pour une geste explosif, le SNP va d'abord contracter des unités motrices à fibres lentes !!!!

L'entraînement permet aussi de recruter plus rapidement un grand nombre d'unité motrice, c'est surtout vrai pour les sports comme le sprint, l'haltérophilie. Le plus grands progrès de force au début sont d'ordre neuromusculaire et ne sont pas du dans un premier temps à l'hypertrophie des fibres.

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Le coeur c'est une pompe qui a pour but d'envoyer et de récupérer le sang à travers tout l'organisme. Il se divise en 2 parties distinctes: la partie droite qui traite le sang "pollué" en CO2 et la partie droite qui traite le sang riche en oxygène. La partie droite et gauche fonctionne exactement de la même manière.

Excellent programme d'animation de Pierre Perez programmes !!!
 
Coupe schématique du coeur


 

distribution du sang dans le corps


(source: Physiologie du sport & de l'exercice Jack H. Wilmore)

 

Un coeur normal pèse 300g pour un volume de 600 à 800 ml alors qu'un cœur de sportif  on observe 500g et 1000 ml.

Ok un sportif d'endurance a un coeur plus gros mais également plus puissant. Le sang arrive par l'oreillette (sorte de récepteur du sang), puis il passe dans le ventricule (diastole). Ensuite le ventricule se contracte (systole) pour expulser le sang à l'extérieur du corps. Via l'aorte et les artères pulmonaires. La quantité de sang expulsé s'appelle le VES = Volume d’Éjection Systolique.

VTD = Volume Télé Diastolique (volume de sang dans le ventricule gauche en fin de diastole, c'est-à-dire juste avant éjection).

VTS = Volume Télé Systolique (volume de sang dans le ventricule gauche en fin de systole, c'est-à-dire juste après éjection du sang et avant le remplissage suivant).

Le VES peut être calculé comme suit : VES = VTD - VTS
(source Wikipédia)

 (source: Physiologie du sport & de l'exercice Jack H. Wilmore)

Il est évident que pour une sujet non entraîné il y aura rapidement une augmentation du volume du coeur ainsi que du volume d'éjection systolique.

Concernant le VES (Volume d'Éjection Systolique) et la FC voici une réflexion toute simple.

Il semblerait effectivement que le VES n'augmente plus après une certaine FC et même se dégrade lorsque le cœur bat très vite. Cela me parait logique au vu de la dynamique des fluides. Un cœur qui bat à 200 pulsations par minute laisse 60/200= 0,3 secondes pour remplir et vider les cavités que sont les oreillettes et les ventricules. Donc ces cavités ne sont plus remplies à 100%. De plus l'écoulement devient turbulent (versus laminaire). En gros il y a plus de remous, de perturbations pour la distribution du sang dans les "tuyaux". Certains athlètes élites très entraînés semblent déroger à cette règle. Leurs VES continuent à augmenter pour des valeurs de FC proches de leur FCMAX.

Pour rappel la quantité d’oxygène (véhiculé par le sang) qui arrive au muscle est donné par la formule de Fick

VO2 = FC x VES x (Ca02-Cv02 différence artério-veineuse)

Il est clair que FC et VES contribuent tous les deux à augmenter le carburant O2 que l’on amène au muscle. Le volume d'éjection systolique d'un athlète endurant est de 120 ml au repos et 250 ml à l'effort contre respectivement 60 ml et 120 ml pour un sédentaire.

Après chacun est génétiquement différent, certains ont des gros cœurs (gros V8 ), d’autres des petits cœurs qui battent vite (style FIAT). Ce qui est sûr c’est qu’un bon entraînement sur plusieurs années, amène le sportif à se construire un cœur d’athlète.

Voici les caractéristiques de ce que l'on appel un coeur d'athlète (source sport et Vie)

A ce sujet j'ai lu pas mal de choses:

  1. 1ère théorie

    Si on s'entraîne à des FC faibles de l'ordre de 65-70% de FCMAX alors le coeur prendrait du volume. Une fois ce volume acquis les intensités élevées muscleraient le coeur qui prendrait de l'épaisseur; En gros le coeur se muscle. Donc cette approche prône l'entraînement foncier dans un 1er temps et les intensités dans un second temps. Ca tombe bien c'est dans la logique d'un plan d'entraînement.
     
  2. 2ème théorie

    Le fractionné !!! Il semblerait que pour avoir un "gros coeur" il faut faire du fractionné moyen (rep. 1 à 2 mn, récup. 1 à 2mn). En effet sous l'effet de l'effort la pression cardiaque élevée induit une hypertrophie (musculation) du muscle cardiaque. Et pendant la phase de repos active, la diminution de la pression systolique et diastolique est absorbé par dilatation du coeur, ce qui à pour conséquence directe l'accroissement des cavités cardiaques.
     

Les conséquences directes sont une une fréquence cardiaque au repos de ~ 40-50 pulsations/mn pour un sujet entraîné. Il est très intéressant de voir l'économie sur une journée ainsi que le risque de maladie cardio-vasculaire qui baisse drastiquement si on tient compte de ce critère unique voir:

Ce site est excellent et explique très bien le fonctionnement du coeur coeur et circulation sanguine

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Le sang ne subit "normalement" aucune modification" sous l'effet de l'entraînement" à l'exception du volume sanguin qui augmente.

Un sujet toujours brûlant, le taux d'hématocrite dans le sang.  C'est quoi l'hématocrite ??? C'est le rapport entre le volume globulaire et le volume plasmatique. (source: Physiologie du sport & de l'exercice Jack H. Wilmore)

Un taux moyen pour un individu ce situe entre 40%-45%. En réponse à un entraînement en endurance, on observe une augmentation importante du volume plasmatique et dans une moindre mesure du nombre de globules rouges. Donc un sportif sain qui entraîne voit systématiquement son taux d'hématocrite chuter (appelé hémodilution).
Le sang est donc plus fluide. (source: Physiologie du sport & de l'exercice Jack H. Wilmore)

Donc logiquement, un sportif sain doit voir son taux d'hématocrite baisser de 5-10% pour un entraînement élite. L'UCI a placer la barre à 50% ce qui est déjà très haut pour un sédentaire. Pour ces athlètes de haut niveau cela signifie que leur taux hors entraînement pourrait être supérieur à 55%.

Quels sont les facteurs qui peuvent augmenter le taux d'hématocrite:

  1. Un forte déshydratation augmente le taux.
  2. Temporairement lors d'un exercice prolongé ou intense.10%-15%.
  3. Un séjour de 3 semaines en haute montagne ( > 2500 mètres d'altitude).
  4. La sédentarité. Un non sportif possède un volume plasmatique bas.
  5. Quelques maladies rares.
  6. EPO qui agit sur le nombre de globules rouges !!!

Quels sont les facteurs qui peuvent diminuer le taux d'hématocrite:

  1. Le sport d'endurance.
  2. Une anémie. Chute du taux de globule rouge.
  3. Quelques maladies rares.

En conclusion, a part quelques exceptions génétiques ou environnementales, un sportif sain possède un taux d'hématocrite relativement bas. Plus faible qu'un sédentaire. A titre d'exemple, voici la taux d'hématocrite moyen d'une équipe pro pendant une course à étape de 3 semaines: CQFD

Donc un critère de la performance devrait être d'avoir un taux d'hématocrite bas et non à des niveaux stratosphériques comme les mobylettes qui passent à la télé .

 

Les capillaires sont des vaisseaux très fins, interposés entre les artères et les veines. C'est grâce aux capillaires que les échanges entre le sang et les tissus peuvent se faire. En effet, leur paroi est perméable, elle peut laisser passer l'eau et les substances. Oxygène et nutriments traversent la paroi pour nourrir les tissus et, dans l'autre sens le gaz carbonique et les déchets sont évacués des tissus vers le sang.

Il y a plusieurs théories qui s'affrontent:

  1. Celle de Christian VAAST celui-ci nous écrit que l'augmentation des capillaires se fait lors de séance de travail à 70% de fréquence max.Il écrit:''comparons le vaisseau sanguin à une sorte de tuyau plus ou moins souple dont la section peut s'ouvrir plus ou moins en fonction des débits qui sont imposés. après une longue période d'inaction, les plus petits vaisseaux sont quasiment inutilisables car pratiquement fermés. l'entraînement doit permettre de les réouvrir le seul moyen c'est d'y faire circuler le sang. Comment fait on pour remplir un récipient à petite ouverture ? on verse très lentement le liquide. il en va de même pour la circulation sanguine: il faut avoir un faible débit circulatoire et donc travailler à un niveau de pulsations peu élevé pour ouvrir les capillaires. Avec l'exercice ceux-ci s'ouvrent de plus en plus et l'on peut augmenter le débit sanguin (monter plus haut en pulsation).
    Imaginons que, alors que nous sommes dans les tout premiers jours de reprise d'entraînement, on décide de ''pousser'' la machine ( une envie soudaine de se montrer aux copains). Il se produit un afflux de sang qui ne peut pas être véhiculé par les seuls capillaires dont l'ouverture est encore relativement faible; les gros vaisseaux sont mis a contribution et s'ouvrent un peu plus. Au moment du retour au calme, le sang continue à circuler par cette même voie qui vient de lui être ouverte et même améliorée puisque élargie. Les capillaires, inutilisés se referment. La séance d'entraînement devient inutile....''
     
  2. Celle de qqs scientifiques:Il faut entraîner les fibres oxydatives capables d'extraire et de consommer de l'oxygène (-> volume en aérobie), et les mettre en situation d'hypoxie (c'est à dire, autour du seuil ana SV2), et c'est ça qui favorise la libération de médiateurs qui stimulent l'angiogenèse. Donc en gros, suivre une planification classique qui permet, en plus de faire de beaux capillaires, de progresser en vélo...

     

  3. Le continu endurance haute !!! (autour de SV1). Il a été démontré que pour accroître le nombre de capillaire il faut travailler sur des séances au minimum de 30mn à un seuil aérobie qui donne une pression systolique de 160 mmHg. cela me donne une FC ~ 160. C'est l'hypertension prolongée qui provoque la formation de nouveaux capillaires.

En gros il y en a pour tous les goûts. Alors pour être honnête qui a raison ,  MYSTÈRE

Dernier éléments de la chaîne qui amène l'énergie aux cellules donc aux muscles, ce sont de petites structures (des organites) situées dans le cytoplasme de la plupart des cellules animales et végétales. Elles fournissent l'énergie nécessaire au fonctionnement de la cellule. C'est la "centrale atomique" de la cellule. Le nombre de mitochondries d'une cellule (plusieurs unités à plusieurs dizaines de milliers) dépend de l'intensité de son activité : une cellule musculaire, par exemple, en possède beaucoup.

L'entraînement en aérobie entraîne une augmentation du nombre et de la surface des mitochondries. cette surface peut doubler voir tripler avec l'entraînement. 6 semaines sont suffisantes pour améliorer la densité de mitochondrie dans l'organisme. Un athlète entraîné en endurance parviendra a extraire 20 ml d'oxygène pour 100 ml de sang contre 10 ml pour un sédentaire.

Résumé physiologique

Les tableaux suivants donnent une idée des adaptations physiologiques particulières mises en oeuvre selon les zones d'intensité de travail. On peut voir les zones de travail qui permettent de développer des qualités spécifiques.

(source sport&Vie)

(source sport&Vie)

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