Paramètres du cardio-training

Une séance ciblée cardio-taining ne se préoccupe pas de la gestuelle. Bien sûr l’exercice technique, dansé ou sous forme de jeux peut agrémenter ce type d’entrainement. Mais vu du coach, il ne s’agit que d’un simple dérivé pédagogique.

L’essentiel de la séance (si l’on souhaite être efficace et sûr), doit se construire comme d’habitude à partir des bases d’anatomie fonctionnelle et de physiologie appliquée à l’effort. Pour une séance de cardio-training, il est assez difficile de traduire en terme d’exercices « sérieux » des connaissances théoriques de physiologie cardio-vasculaire… Mais un coach formé y parvient.

Le sujet est vaste et cet article est loin d’être exhaustif. Aussi, le thème fera l’objet d’autres publications. Mais je souhaite déjà citer quelques paramètres à considérer pour l’élaboration d’une telle séance. Ceux-ci servent également de bases pour l’échauffement, le retour au calme, les préparations physiques spécifiques etc…

D’abord, avec une grande approximation, on peut assimiler le coeur et les vaisseaux à une pompe non rotative pulsatile et un circuit de canalisations. Dans cet univers, les lois physiques qui régissent les forces et les mouvements sont étudiées en mécanique des fluides (rhéologie, hydraulique, hydrostatique…)

Etudions par exemple un des aspects : l’énergie mécanique d’un fluide circulant

L’énergie d’écoulement d’un fluide est constante aux pertes de charges près. Elle est égale à la somme de l’énergie cinétique (due à la pression dynamique) et de l’énergie potentielle (due à la pression statique) = loi de Bernoulli

  • V est la vitesse moyenne du fluide (m/s) au point considéré
  • g est l’accélération de la pesanteur (g = 9,81 m/s2)
  • p est la pression au point considéré (Pa)
  • ρ est la masse volumique (kg/m3)
  • z est la cote du point considéré.

Pour en savoir plus regardez la vidéo ci-dessous réalisée par réalisée par Christophe Finot

Lorsque l’énergie cinétique (vitesse du fluide) augmente, l’énergie potentielle diminue et vice versa par un jeu de balance. A débit constant, par exemple, un fluide accélère lorsqu’il passe d’un tuyau de gros diamètre à un tuyau de petite section. Il y a donc transformation de d’énergie potentielle en énergie cinétique.

Les pertes de charges sont quant à elles causées par la viscosité du fluide, mais également par la géométrie du circuit (coudes, rétrécissements…). Une pompe dans un circuit hydraulique est dimensionnée pour avant tout récupérer les pertes de charge. Elle régénère sans cesse un delta d’énergie mécanique dissipé en chaleur.

Ces notions d’hydraulique ont trouvé leur application en hémodynamique et biophysique cardiaque. Il est important de les comprendre (je me répète) pour concevoir une séance de cardio-training efficace et sûre. Il en est de même pour élaborer une préparation physique sportive spécifique. Les contraintes cardio-vasculaires ne sont pas les mêmes entre un haltérophile, un basketteur, un kayakiste…

Les points essentiels pour élaborer une séance de cardio-training sont tirés en bonne partie de l’observatoire du mouvement. Mais on les retrouve également dans tous les ouvrages sérieux traitant de physiologie cardio-vasculaire

Quelques formules indispensables (Débit cardiaque, VO2.max et pression artérielle)

  • DC (Débit cardiaque) = FC (fréquence cardiaque)* VES (volume d’éjection systolique)
  • VES (volume d’éjection systolique) = VTD (volume télédiastolique = volume de sang dans le cœur rempli en fin de diastole) – VTS (volume télésystolique = volume résiduel de sang dans le cœur après vidange en fin de systole)
  • P (pression artérielle) = DC (Débit cardiaque) * RP (résistances périphériques du circuit vasculaire)
  • Loi de Fick appliquée à la VO2.max (quantité maximale d’oxygène par unité de temps qu’un organisme est capable de prélever dans le milieu et d’utiliser)
  • VO2.max = DC.max * D(a-v)O2 (différence de concentration artério-veineuse en oxygène des tissus)

Evolution du Débit cardiaque à l’effort :

  • Le DC.max = 20 à 25 l/min (à 100% de la VO2.max) alors que le DC.repos = 5l /min
  • La FC monte rapidement jusqu’à 50% de la VO2.max par levée du frein vagal (nerf modérateur). Au-delà de 50% de la VO2 max, la fréquence augmente linéairement stimulée par le système nerveux sympathique et l’adrénaline médullo-surrénalienne
  • Le VES augmente dès le début de l’effort et stagne à 50% de la VO2.max. Il croit d’une part par le VTD par une augmentation de la pré-charge (retour veineux via la pompe musculaire). Il croit d’autre part par le VTS par diminution de la post charge (accroissement de la contractilité du cœur selon la loi de starling et des catécholamines) et une diminution des résistances périphériques.
  • Le cœur se remplit donc davantage en diastole et se vide plus en systole.

Adaptation vasculaire à l’effort :

  • Au repos le débit musculaire représente seulement 15% du DC. A l’exercice maximal, les muscles actifs consomment jusqu’à 85% du DC.
  • Si au niveau des viscères et des muscles inactifs, le débit sanguin est minimum tout au long de l’exercice, ce n’est pas le cas pour la peau. En effet, après une vasoconstriction temporaire, les vaisseaux sous-cutanés se dilatent dans un second temps pour évacuer la chaleur. Les vasoconstrictions sont ajustées dans tout le circuit sanguin pour maintenir une pression de perfusion suffisante des tissus.
  • La pression artérielle moyenne s’élève un peu car le DC augmente plus que la diminution des RP. De plus la différentielle entre la pression artérielle systolique et diastolique s’amplifie.
  • la pression artérielle dans l’artère pulmonaire augmente davantage que la pression systémique. Aussi la charge de travail du ventricule droit s’accroit proportionnellement plus que celle du ventricule gauche à l’effort.
  • Quant aux coronaires, leur débit est multiplié par 5 à l’exercice

Adaptation selon les membres sollicités :

Un travail dynamique des membres supérieurs, accroit faiblement le DC. Le VTD est faible puisque l’effet « pompe auxiliaire » issu de la contraction des membres inférieurs est très réduit. La FC est alors soumise aux actions nerveuses et celles des catécholamines. Quant aux RP, elles augmentent modérément.

Exercice statique et/ou très intense :

Les contractions statiques et intenses d’une grande masse musculaire entrainent des contraintes barométriques. Lorsque ce type d’effort associé à une faible, voire à un blocage de la ventilation, se prolonge (environ 1 minute), le VES varie peu. Par contre la FC et surtout les RP augmentent.

Pour un exercice dynamique et très intense en métabolisme anaérobie, l’impact sur les RP est important

Exercice selon la position :

En position couché, le retour veineux s’effectue plus facilement. Le VTD est plus important contrairement aux RP et à la FC qui diminuent

Déshydratation et chaleur :

En ambiance chaude et humide, l’élimination de la chaleur est difficile. Il s’en suit une déshydratation avec perte de volume plasmatique. La FC s’accélère alors pour rétablir le débit.