LA PERFORMANCE ET BASES ENERGETIQUES ET PHYSIOLOGIQUES DE L’EFFORT

LA PERFORMANCE ET BASES ENERGETIQUES ET PHYSIOLOGIQUES DE L’EFFORT

Notion de consommation d’oxygène (VO2)

La consommation d’oxygène décrit le volume d’oxygène utilisé en litres par minute par kg de poids corporel (L/min/kg). Elle reflète le niveau du métabolisme aérobie de l’ensemble de l’organisme. La figure 6 montre que la VO2 est directement proportionnelle à l’intensité du travail, qui est définie chez le cheval par la vitesse, le poids de la charge à porter, les dénivelés, ainsi que les conditions du terrain. Cette règle prévaut tant que l’effort reste d’intensité constante et sous-maximale. Néanmoins, elle n’est pas applicable en début et en fin d’exercice, ni lors d’efforts supra-maximaux, c’est-à-dire d’efforts dont l’intensité est telle que la capacité aérobie maximale de l’athlète est dépassée. (Art et al., 2000).En début d’effort, les voies aérobies ne sont pas encore totalement fonctionnelles : comme nous l’avons vu précédemment, l’organisme fait appel à d’autres filières énergétiques pour assurer la synthèse de l’ATP.Si l’intensité d’un effort est telle que l’ensemble des capacités aérobies des muscles sont recrutées, la VO2 atteint un plateau et est maximale : la VO2max est atteinte. Au-delà de ce seuil, l’énergie nécessaire pour augmenter davantage l’intensité de l’exercice (exercice supra-maximal) ne peut plus être procurée par les filières aérobies. Dans ce cas, elle provient d’un recrutement des filières anaérobies (cas de la plupart des courses de vitesse), et l’effort ne peut être maintenu que quelques minutes. Par contre, si l’intensité de l’effort est sous-maximale, la durée de l’effort se prolonge.En fin d’effort, la VO2 reste supérieure à la VO2 de base pendant une période plus ou moins longue. Cet excès de consommation d’O2 post-effort est lié à : – La restauration des réserves énergétiques utilisées par les filières anaérobies alactiques (ATP et Phospho-Créatine). – Au catabolisme ou à l’anabolisme des molécules d’acide lactique qui ont été formées en début d’effort et/ou en cours d’effort si celui-ci était supra-maximal. – A d’autres facteurs tels que l’imprégnation adrénergique de l’organisme, l’élévation de la température corporelle, la mobilisation des acides gras, etc. (Art et al., 2000).L’élévation de la VO2 est assurée par les augmentations respectives de l’extraction d’O2 et du débit cardiaque. La capacité énergétique du muscle squelettique est telle qu’elle dépasse amplement celle des systèmes respiratoire et cardio-vasculaire à délivrer l’O2. Ce sont donc ceux-ci qui vont constituer des limites à la performance.

Appareil cardiovasculaire

La fonction cardiaque du cheval est l’un des atouts majeurs de sa supériorité athlétique par rapport à l’Homme. Avec une fréquence cardiaque moyenne de 30 à 40 battements par minute au repos, atteignant 220 à 240 battements par minute au cours d’un effort maximum, l’athlète équin possède une réserve cardiaque remarquable. (McMiken, 1983). L’augmentation de la fréquence cardiaque, et plus accessoirement celle du volume d’éjection systolique contribuent à l’augmentation du débit cardiaque, qui peut passer de 4,5 à 150L/min. Au repos, 15 à 20% seulement du débit cardiaque sont utilisés pour l’irrigation des muscles. La VO2max profite ainsi grandement de la puissance de la pompe cardiaque, et explique en partie le rapport très élevé entre VO2max et VO2 de repos (de l’ordre de 36 contre 15 à 20 chez l’homme) (Demonceau, 1989).Ce phénomène provient bien sûr de la grande réserve de fréquence cardiaque, mais aussi d’autres facteurs tels que la mobilisation du plasma et des hématies stockées dans la rate. En effet, la rate peut contenir, au repos, la moitié des hématies corporelles et un tiers du volume circulant. La contraction splénique induite par la décharge adrénergique double dès lors l’hématocrite, et par conséquent, la capacité de transport de l’oxygène. L’hématocrite, qui est de 30 à 40% au repos, peut atteindre des valeurs proches de 70% à l’effort maximal (Demonceau, 1990). La redistribution du débit sanguin des territoires inactifs (où s’opère une vasoconstriction) vers les territoires actifs (où apparaît une vasodilatation), ainsi que l’effet de propulsion et d’accélération du retour veineux par les pompes musculaires et thoraciques font également partie de ces adaptations cardio-vasculaires observées à l’effort.Les modifications de la fréquence cardiaque sont rapides et liées à la décharge adrénergique. Elles sont d’autant plus rapides que le cheval a été préalablement échauffé.

Effets de l’entraînement 

Les fréquences cardiaques de repos et maximale ne sont pas modifiées par l’entraînement (Evans et Rose, 1988) et n’ont donc aucune valeur dans l’évaluation de la condition physique. Cependant, la vitesse à laquelle la fréquence cardiaque maximale est atteinte augmente avec l’entraînement et semble être corrélée avec la VO2max. A ce titre, elle est utilisée lorsque les équipements pour mesurer la VO2 ne sont pas disponibles.Pour certains auteurs, la fréquence cardiaque au cours de l’effort est modifiée de façon significative par l’entraînement : pour une intensité d’effort donnée, elle est d’autant plus basse que le cheval est entraîné (Couroucé et al., 2000). Par conséquent, ce paramètre aisément mesurable est fréquemment utilisé pour l’appréciation de la condition physique.L’entraînement aurait également un effet positif sur l’augmentation du nombre de globules rouges et de l’hémoglobinémie, du moins en début d’entrainement (Rose et al., 1983). Cependant, au-delà d’une certaine valeur d’hématocrite, toute augmentation ultérieure peut avoir des répercussions plutôt négatives.

Appareil respiratoire

Les échanges gazeux sont la principale fonction du poumon, qui assure le transport de l’oxygène depuis l’air environnant vers le sang, et inversement pour le CO2. Toutes les espèces étudiées, à l’exception du cheval, montrent que le poumon sain est capable d’assurer une ventilation adéquate pendant l’exercice, quelle qu’en soit l’intensité.A l’inverse, le cheval subit une hypoxémie, même pour des intensités d’exercice faibles, ainsi qu’une hypercapnie, lors d’intensité élevée. Ces observations sont surprenantes, étant donné les nombreuses adaptations respiratoires qui se mettent en place lors d’un effort, dans cette espèce. Pourtant, certaines particularités anatomiques et physiologiques permettent d’expliquer cette incapacité à maintenir des échanges gazeux adéquats lors d’exercice intense (Art et al., 2002).

Particularités morphologiques
Voies aériennes

Mises en jeu pour le transport de l’air depuis les naseaux jusqu’aux zones d’échanges pulmonaires pendant l’inspiration, et en sens inverse pendant l’expiration, ces voies sont constituées des naseaux, des cavités nasales, du pharynx, du larynx, de la trachée, des bronches et des bronchioles. Certaines de ces structures sont soutenues par de l’os (cavités nasales) ou du cartilage (larynx, trachée et bronches), comme par de simples muscles (naseaux, pharynx, larynx), ou du très fin tissu alvéolaire (bronchioles). La figure 7 illustre ces particularités.Certaines régions sont ainsi plus à même de subir une réduction de diamètre, de par le possible manque de rigidité de leur structure de maintien, et peuvent être à l’origine d’un défaut de conduction d’air vers les surfaces d’échange.Les naseaux du cheval sont larges et mobiles. L’activation de leurs muscles permet une expansion pendant l’inspiration, permettant leur ouverture, et le collapsus des diverticules nasaux pendant l’exercice. Durant l’expiration, les naseaux sont relâchés et flasques, ce qui peut engendrer un bruit expiratoire voire une augmentation des résistances au passage de l’air dans les naseaux.Les cavités nasales fournissent une large surface d’échange d’eau et de vapeur avec la vascularisation de leurs longs cornets nasaux. Une régulation vasculaire est assurée par le système nerveux autonome. La « décharge sympathique » produite lors de l’effort induit une vasoconstriction, qui élargit les cavités nasales et réduit les résistances au passage de l’air.Le pharynx est divisé en nasopharynx dorsalement et oropharynx ventralement par le palais mou. De nombreux follicules lymphoïdes sont présents dans la muqueuse des parois dorsale et latérales du nasopharynx, et de la surface dorsale du palais mou. Le nombre et la taille de ces follicules sont particulièrement importants chez les jeunes chevaux, et régressent chez l’adulte. La question de l’influence de leur hyperplasie sur la tolérance à l’exercice est encore controversée (Bayly et al., 1984).Comme les naseaux, le nasopharynx n’a pas de support cartilagineux ou osseux et tend ainsi à se collaber pendant l’inspiration. Ce collapsus dynamique modéré est limité par la contraction de muscles tenseurs qui seraient régulés par des mécanismes réflexes stimulés par l’augmentation du flux d’air et agissant par le biais de la branche laryngée du nerf vague.Le larynx est un « goulot » potentiel pour les voies respiratoires supérieures. Son passage estdélimité dorsalement par les processus corniculés des cartilages aryténoïdes, latéralement par les cordes vocales, et ventralement par l’épiglotte Toute atteinte de cette ouverture laryngée, soit-elle structurelle (ex : déplacement dorsal du voile du palais) ou fonctionnelle (ex : hémiplégie laryngée), induit une réduction de la ventilation pendant l’exercice, et l’apparition d’un bruit respiratoire dû à l’augmentation des résistances aux flux d’air et la création de turbulences.En dépit de sa structure cartilagineuse, la trachée possède une certaine compliance et est sujette à un discret collapsus lors des fortes pressions négatives induites lors d’inspirations forcées. Cependant, ce phénomène est limité par la contraction de muscles lisses et l’élongation de la trachée (par extension de la tête).Après la bifurcation des bronches, les bronches et bronchioles peuvent subir des forces de pression compressives sur leurs parois. C’est particulièrement le cas lors d’expiration forcée, lorsque la pression extra-luminale est supérieure à la pression intra-luminale.

Muscles respiratoires

Chez les mammifères, le diaphragme, qui sépare le thorax de l’abdomen, et les muscles intercostaux externes sont les principaux muscles inspiratoires. Les muscles transverses de l’abdomen sont à l’inverse les principaux muscles de l’expiration, ainsi que les intercostaux internes dans un second temps.La contraction des muscles sternothyroïdiens et sternohyoïdiens pendant l’exercice induit la rétraction caudale de l’appareil hyoïde et du larynx. Ils participent ainsi au maintien de l’ouverture et à la stabilité des voies respiratoires supérieures et peuvent ainsi être considérés comme des muscles respiratoires.

Effets de l’entraînement

L’entraînement aggrave l’hypoxémie et l’hypercapnie d’effort (Art et al., 2000). Avec l’amélioration des capacités aérobies, le prélèvement périphérique augmente et le sang veineux qui revient vers le poumon est davantage appauvri en O2. Le débit sanguin étant plus élevé pendant l’effort, le temps de transit capillaire est davantage réduit et la diffusion est d’autant plus altérée (Evans et Rose, 1988). Ceci rend délicate l’utilisation des gaz sanguins comme paramètre d’évaluation de la fonction pulmonaire à l’effort : – il n’existe pas de normes préétablies, comme c’est le cas pour la fréquence cardiaque ou les lactates, – l’hypoxémie et l’hypercapnie d’effort sont exacerbées par la maladie et également par l’état d’entrainement. Ces valeurs n’ont donc de valeur diagnostique que lorsqu’elles sont répétées, avant et après traitement par exemple, à des intervalles de temps suffisamment courts afin de ne pas modifier significativement l’état d’entrainement.Selon Art et al. (2000), sur le plan ventilatoire, une période d’entrainement de huit semaines n’engendre aucune modification de la ventilation par minute, ni de la stratégie respiratoire alors que la VO2max est significativement augmentée.Ainsi, contrairement à tous les autres maillons de la chaîne de l’oxygène, la fonction pulmonaire n’est pas améliorable par l’entraînement. Les conséquences pratiques sont que chez le cheval bien entraîné, la fonction pulmonaire devient le maillon faible de la chaîne et donc le facteur qui limite la performance. Ceci est aggravé par le fait que le cheval est souvent sujet aux atteintes respiratoires, hautes comme basses.

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Table des matières

LISTE DES FIGURES
LISTE DES TABLEAUX
LISTE DES PHOTOGRAPHIES
INTRODUCTION
1. DEFINITION DE LA PERFORMANCE ET BASES ENERGETIQUES ET PHYSIOLOGIQUES DE L’EFFORT
1.1. Definition de la performance
1.2. Bases énergétiques de la performance
1.2.1. L’adénosine triphosphate
1.2.2. Reconstitution du stock d’ATP
1.3. Mise en jeu des divers systèmes organiques
1.3.1. Notion de consommation d’oxygène (VO2)
1.3.2. Appareil cardiovasculaire
1.3.3. Appareil respiratoire
1.3.4. Appareil musculaire
1.3.5. Thermorégulation
2. REALISATION DE TESTS D’EFFORT SUR TAPIS ROULANT A GRANDE VITESSE
2.1. Principe des tests d’effort
2.1.1. Protocoles de test
2.2. Utilisation du tapis roulant
2.2.1. Historique
2.2.2. Choix du tapis roulant
2.2.3. Déroulement d’un test
2.3. Mesures effectuées
2.3.1. Données du tapis roulant
2.3.2. Fréquence cardiaque
2.3.3. Electrocardiogramme
2.3.4. Endoscopie
2.3.5. Gaz sanguins
2.3.6. Lactates sanguins
2.3.7. Echocardiographie de stress
2.3.8. Divers
2.3.9. Lavage broncho-alvéolaire
2.3.10. Enzymes musculaires
3. UTILISATION DU TAPIS ROULANT DANS L’EVALUATION DU CHEVAL ATHLETE
3.1. Détecter et évaluer l’impact d’affections sous-jacentes
3.1.1. Appareil locomoteur
3.1.2. Appareil respiratoire supérieur
3.1.3. Appareil respiratoire profond
3.1.4. Appareil cardio-vasculaire
3.1.5. Rhabdomyolyse d’effort et myopathie subclinique
3.2. Evaluation de l’aptitude sportive
3.2.1. Détermination du potentiel athlétique
3.2.2. Suivi de l’efficacité de l’entraînement
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE

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