Christophe HAUTIER, PhD
Maître de Conférences Habilité à Diriger des Recherches
Responsable Master 2 PPMR
Dernière mise à jour : septembre 2015

Le cœur, les vaisseaux sanguins et le sang constituent le système cardiovasculaire. Ces organes agissent de manière coordonnée pour remplir plusieurs fonctions indispensables à notre survie :

• Un rôle de transport de l’oxygène (02), des nutriments tels que le les sucres (glucose) ou les graisses (acides gras), des hormones…
• Un rôle de régulation de la température, du pH (acidité du milieu), de la pression artérielle, du contenu en eau…
• Un rôle de protection de l’organisme par la prévention des hémorragies (plaquettes) et des infections (globules blancs).

Ce système doit être capable de s'adapter aux modifications de l’environnement ou des besoins de l’organisme en régulant la vitesse de transport du sang (augmentation et diminution de la fréquence cardiaque) et en modifiant le niveau d’irrigation des différents organes du corps par vasoconstriction (fermeture des petits vaisseaux sanguins appelés artérioles) ou vasodilatation (ouverture de ces même vaisseaux sanguins).

1 Le cœur

Le cœur est un muscle et une pompe infatigable qui bat de manière régulière depuis notre vie intra-utérine  jusqu’à notre mort à un rythme de 40 à 220 battements par minutes soit plus de 2 milliards de battements au cours d’une vie. Gros comme un point fermé et pesant entre 250 et 350 grammes, cet organe est composé de plusieurs cavités (cf figure 1). On observe sur le schéma deux oreillettes situées en haut du cœur et recevant le sang qui revient au cœur par les veines et deux ventricules situés en bas du cœur qui éjectent le sang dans les artères lorsqu’ils se contractent (l’oreillette et le ventricule droits se trouvent à gauche sur le schéma comme si vous regardiez le cœur de quelqu’un face à vous). Le sang passe d’une oreillette au ventricule lors d’un battement cardiaque mais il n’y a pas de communication directe entre les deux côtés du cœur.

Après avoir apporté aux cellules de l’organisme l'oxygène et les nutriments et pris en charge le CO₂ et les déchets métaboliques, le sang regagne l'oreillette droite grâce à deux troncs veineux : veine cave supérieure et veine cave inférieure. Cette chambre reçoit ainsi la totalité du sang désoxygéné de l'organisme. De l'oreillette droite le sang gagne le ventricule droit en traversant l'orifice tricuspide muni d'une valve du même nom. Cette cavité éjecte alors le sang vers l'artère pulmonaire qui transporte le sang aux poumons droit et gauche. Le cœur droit appartient donc à la circulation dite "pulmonaire". Au niveau des poumons, le sang subit sa ré-oxygénation (il se charge en oxygène et libère le CO₂). A la sortie des poumons le sang ainsi oxygéné traverse les veines pulmonaires et est transporté jusqu'à l'oreillette gauche puis gagne le Ventricule gauche en traversant la valve mitrale. Le sang est éjecté par le ventricule gauche dans l'aorte, tronc artériel qui collecte tout le sang oxygéné destiné à l'ensemble du corps. Le cœur gauche appartient à la circulation "systémique". Il reçoit le sang oxygéné des poumons, pour le redistribuer à l'ensemble des tissus.
Le cœur se contracte de manière autonome, il a ses propres cellules nerveuses (cellules cardionectrices) qui ont la particularité de se dépolariser (générer un courant électrique) de façon rythmique sans intervention extérieure. Chaque cycle cardiaque est composé d’une phase de contraction appelée systole et d’une phase de relâchement appelée diastole. Le cœur bat régulièrement mais il peut accélérer ou ralentir sous l’influence du système nerveux autonome afin de réguler le débit sanguin et de répondre aux besoins de l’organisme. La fréquence cardiaque peut ainsi passer de 60 battements par minute (bpm) au repos à près de 200 bpm à l’exercice maximal. La fréquence cardiaque peut ainsi être utilisée pour évaluer l’intensité d’un exercice : plus la FC est élevée plus l’exercice est intense. La fréquence cardiaque est également utilisée pour évaluer le niveau d’entrainement et de forme d’une personne : plus la FC est basse au repos ou à l’exercice et plus l’individu est entrainé sur le plan cardiovasculaire. Ceci est dû au fait que l’entrainement en endurance augmente le volume et la force de contraction du muscle cardiaque, ce qui augmente le volume de sang éjecté à chaque battement (appelé Volume d’Ejection Systolique). Ainsi, le cœur a besoin de battre moins souvent pour apporter la même quantité de sang aux organes.
D’un point de vue pratique il est possible d’utiliser la fréquence cardiaque si l’on a accès à des cardio-fréquencemètres afin d’évaluer la difficulté d’un exercice et de garantir la sécurité des pratiquants. Historiquement l’intensité était calculée en pourcentage de la fréquence cardiaque maximale mais cette évaluation n’est pas très précise surtout pour des intensités modérées. Maintenant il est préférable de calculer le pourcentage de la fréquence cardiaque de réserve auquel se situe le pratiquant pour connaitre l’intensité de son effort. La fréquence cardiaque de réserve est la différence entre la FC maximale et la FC de repos (voir l’exemple chiffré ci-dessous).

Un individu de 40 ans a une FC maximale de 180 bpm (lorsqu’on ne la connait pas, on calcule la FC_maximale avec l’équation 220 – âge de l’individu)

Au repos son cœur bat à 60 bpm

Sa FC de réserve est donc de 100 bpm (160 – 60 bpm)

Si je veux qu’il réalise un exercice à 60% de ses capacités maximales aérobies alors il doit se situer aux alentours de 120 bpm (60% de 100 bpm = 60 bpm auxquels il convient de rajouter la FC de repos soit 60 + 60 = 120 bpm).

En règle générale il est admis que certaines intensités sont efficaces et peu dangereuses pour le pratiquant :

Entre 50 et 60% de FC de réserve l’exercice permet de consommer un maximum de lipides par minute, on l’appelle Lipoxmax.

Entre 60 et 70% de FC de réserve, l’exercice peut être maintenu plus de 40 minutes lors d’un effort continu en vue d’améliorer les capacités d’endurance.

Au-delà de 75% de FC de réserve, l’effort est intense et ne peut être maintenu longtemps. Ce sont des intensités qui peuvent être utilisées à l’entrainement notamment lors d’efforts intermittents mais que l’on évite de dépasser sur des publics à risque et sur les pratiquants n’ayant pas fait de test d’effort dans un service de médecine du sport.

2 Les vaisseaux sanguins : un circuit fermé

Les vaisseaux sanguins forment un circuit fermé qui commence et se termine au cœur (Figure 2 ci-dessous). Il est constitué de trois grandes catégories de vaisseaux :

• Les artères qui partent du cœur et vont irriguer les organes

• Les capillaires sanguins qui se situent dans les organes et sont la zone d’échange entre le sang et les cellules environnantes.
• Les veines qui partent des organes et ramènent le sang vers le cœur.

Les grosses artères qui se trouvent à la sortie du cœur ont des parois élastiques capables de supporter de grosses variations de pression entre le moment ou le cœur se contracte (la systole) et le moment où il se relâche (la diastole). Plus on s’éloigne du cœur et plus le diamètre des artères diminue suite aux différentes ramifications et plus les parois contiennent des muscles qui permettent de faire varier le diamètre et donc le débit. Ces muscles régulent donc la vasoconstriction et la vasodilatation des artérioles ce qui permet d’augmenter ou de diminuer l’irrigation des différents organes. Par exemple, alors que le cerveau reçoit à peu près la même quantité de sang au repos ou à l’exercice (0,75 l/min), les muscles voient leur débit sanguin local multiplié par dix (jusqu’à 12 l/min). Le retour du sang par les veines est assuré par la présence de valvules qui empêchent le sang de repartir en arrière et favorisé par les contractions musculaires qui jouent un effet de pompe.

3  Le sang : un liquide complexe

Le sang est constitué d'environ 55% à 60% de plasma qui se compose lui-même de 90% d'eau, 7% de protéines et 3% d'éléments divers (électrolytes, enzymes, hormones, anticorps et produits d'élimination). Les 40% à 45% restants sont composés d'éléments figurés (globules rouges aussi appelés hématies ou érythrocytes, globules blancs ou leucocytes et plaquettes).

Les globules rouges sont en charge du transport de l’oxygène et du dioxyde de carbone. Ce sont de petites cellules sans noyau qui contiennent l’hémoglobine, une molécule qui se lie facilement avec l’oxygène. Chaque globule rouge contient à peu près 250 millions de molécules d’hémoglobine qui peuvent transporter chacune 4 molécule d’oxygène. On appelle hématocrite le rapport du volume occupé par les éléments figurés sur le volume sanguin total, il se situe normalement autour de 40 à 45% et détermine la capacité du sang à transporter l’oxygène jusqu’aux cellules.

La production de globules rouges est assurée par la moelle osseuse rouge sous le contrôle d’une hormone l’érythropoïétine sécrétée par les reins. C’est pourquoi certains sportifs se dopent à l’EPO pour augmenter leur capacité de transport de l’oxygène et améliorer leurs performances en endurance. Ceci augmente la viscosité du sang et les risques d’accidents vasculaires en plus des risques de cancer accrus pour tout dopage de type hormonal.