LE TRANSPORT DE L’OXYGÈNE À L’EFFORT

Introduction :

L’organisme à besoin d’oxygène (O2) pour vivre, l’effort physique accroît les besoins cellulaires en oxygène. Les muscles captent l’O2 pour permettre le déroulement des processus bioénergétiques. Le déplacement de l’oxygène des poumons jusqu’aux muscles s’effectue grâce à plusieurs phénomènes de diffusion à l’intérieur de l’organisme. Il nécessite également un moyen de transport de la circulation pulmonaire jusqu’au muscle.

Les processus de diffusion et de transport l’O2 sont des facteurs de performances incontournables dans les sports d’endurance.

1 . La diffusion pulmonaire.

Au repos, notre respiration est lente, la quantité d’air inspiré à chaque cycle est faible. Lors d’un effort physique prolongé, le débit ventilatoire augmente considérablement. D’un débit de 5 à 8 litres d’air / minute au repos, le débit ventilatoire peut s’élever jusqu’à 150 voire 200 l / min chez des athlètes entraînés.

L’O2 diffuse des poumons à la circulation sanguine pulmonaire grâce à une grande différence entre la pression partielle d’O2 de l’air et celle du sang. L’O2 diffuse naturellement de la plus forte pression à la plus faible.

Plus la différence de pression est importante entre la pression partielle d’O2 dans l’atmosphère et celle du réseau artériel des poumons, plus grande sera la diffusion d’O2. On comprend mieux pourquoi l’altitude pose des problèmes de respiration cellulaire. En effet, la pression atmosphérique diminue à mesure que l’on s’élève en altitude.

L’O2 diffuse des poumons au réseau artériel pulmonaire grâce la différence de pression entre ces deux milieux.

2 . Les cellules de transport dans le sang.

L’oxygène ne circule pas dans le sang sous une forme libre. La plupart des molécules d’O2 sont fixées à des globules rouges qui en assurent le transport. Ces derniers sont riches en hémoglobine*. La proportion de globules rouges est mesurée en % du volume total de sang. Ces valeurs d’hématocrite* se situent dans une fourchette assez large qui peut varier de 36% jusqu’à plus de 50%. Contrairement à ce qu’on pourrait penser l’entraînement ne s’accompagne pas d’une augmentation de l’hématocrite. Bien que la quantité de globules rouges augmente, elle est masquée par l’augmentation du volume plasmatique qui est plus importante, ce qui permet de fluidifier le sang et de faciliter la circulation.

L’hémoglobine est constituée d’un complexe de protéines, la globine, et d’une substance riche en fer, l’hème. Ainsi, l’hémoglobine est une substance qui possède quatre atomes de fer qui peuvent chacun se lier à une molécule d’O2. On comprend donc que la capacité de transport est fortement dépendante de la quantité d’hémoglobine.

La quantité d’hémoglobine dans le sang est d’environ 13 à 17 g / litre de sang.

Il faut cependant analyser avec prudence les valeurs de l’hématocrite et de l’hémoglobine qui ne permettent pas d’établir une hiérarchie entre plusieurs athlètes.

3 . Diffusion du sang vers le muscle.

 Le sang enrichi en O2 est transporté des poumons vers le cœur, puis vers les muscles par l’intermédiaire des artères, puis des artérioles et des capillaires musculaires. La quantité de sang qui arrive et repart du muscle est en augmentation. Le passage des molécules d’O2 vers les fibres musculaire s’effectue par diffusion. Cette diffusion est possible grâce à  la présence dans le muscle de la myoglobine*. En effet, cette dernière présente une plus grande affinité pour l’oxygène que l’hémoglobine. La myoglobine permet donc l’extraction de l’O2 du sang.

 Quant aux réactions chimiques entre l’O2 et les substrats énergétiques elles se réalisent à l’intérieur des mitochondries*. Celles ci sont les centrales énergétiques qui assurent l’oxydation des substrats énergétique.

L’entraînement en endurance permet d’accroître la quantité de myoglobines et de mitochondries des muscles mis en jeu dans l’activité sportive en question.

4 . Le déplacement du sang.

 Le cœur est bien entendu le moteur qui assure le déplacement du sang. A chaque contraction ce dernier propulse dans les artères une certaine quantité de sang. Compte tenu, de l’augmentation de la fréquence cardiaque et de la force des contractions systoliques du cœur le débit sanguin expulsé peut être multiplié par 5 à 8 chez les sportifs très entraînés. D’un débit de 5 litres / minute au repos, nous pouvons atteindre des valeurs de 20 à 40 l / min.

 Il existe donc une relation entre le débit cardiaque et la capacité de consommation de l’oxygène.

5 . La fréquence cardiaque (FC).

Elle se mesure en battements par minute. Elle nous intéresse dans la mesure où il y a une relation entre la fréquence cardiaque et l’intensité de l’effort, et donc la consommation d’oxygène. Plus la fréquence est importante et plus nous nous rapprochons de notre capacité maximale de consommation maximale. Cependant, les valeurs de la FC au maximum de l’effort ne correspondent pas forcément à la FC max que le cœur peut atteindre, ces valeurs sont très personnelles est ne reflètent pas la capacité de performance des athlètes. En effet, certains coureurs de même niveau ont des valeurs de FC max très différentes. En moyenne, on constate que la FC se situe autour de 220 – l’âge. Toutefois, il convient de se fier aux valeurs enregistrées sur votre cardiofréquencemètre plutôt qu’aux valeurs théoriques qui sont très impersonnelles. Il n’est pas rare dans les sports d’endurance de rencontrer des athlètes de 25 ans dont la FC max atteint péniblement 180.

Au repos, la FC se situe autour de 70 – 60 chez le sédentaire, elle peut descendre jusqu’à 50 – 40 pulsations par minute, voire moins chez certains sportifs d’endurance. Là non plus, il ne s’agit pas d’une valeur hiérarchisante. La FC de repos est très personnelle, et contrairement à la FC max, elle diminue rapidement au cours des semaines d’entraînement, ce qui permet d’évaluer de manière indirecte l’adaptation de l’organisme à l’entraînement.

Lexique :

• Hématocrite : Cette valeur représente le pourcentage de globules rouges contenus dans le sang. Il s’agit d’un pourcentage qui est exprimé en fonction du volume totale de sang.

• Hémoglobine : Les globules rouges sont une structure complexe dont l’hémoglobine fait partie.

• Mitochondrie : Ce sont des cellules à l’intérieur desquelles se produit la combustion des substrats énergétiques avec l’oxygène. La quantité de mitochondrie et leur taille sont des facteurs limitant de la capacité de consommation d’oxygène.

• Myoglobine : Il s’agit d’une protéine complexe dont la structure est assez proche de l’hémoglobine, mais dont la capacité à se lier à l’O2 est plus grande. La myoglobine présente une meilleure affinité pour l’O2 que l’hémoglobine.

• Pression partielle d’O2 : Le produit de la proportion d’O2 dans l’atmosphère (21 %) par la pression atmosphérique (760 mm de mercure) s’appelle la pression partielle en O2.