Importance du volume sanguin et de son interaction avec les adaptations cardiovasculaires

Contexte Il est bien établi qu'une consommation maximale d'oxygène (VO2max) élevée est associée à d'excellentes performances physiques dans les disciplines sportives d'endurance. Afin d'obtenir une V ̇O2max élevée, plusieurs choses doivent être optimisées selon l'équation de Fick. L'un des principaux déterminants de la VO2max est la capacité de transport d'oxygène du sang, qui est dictée par la masse totale d'hémoglobine et est nettement plus élevée chez les athlètes d'endurance que chez les personnes non entraînées.

Naturellement, ce système est étroitement régulé pour maintenir une composition sanguine stable et pour récupérer rapidement le volume sanguin en cas de perte due à une hémorragie, mais peut également être modifié par l'exercice et/ou l'exposition à des conditions environnementales extrêmes. Des changements dans le volume et la composition du sang peuvent déjà être observés après deux semaines d'entraînement physique conventionnel où des augmentations de PV sont observées en combinaison avec une érythropoïétine élevée (EPO) tandis que le volume de globules rouges reste inchangé. Cela soutient la notion proposée du rein agissant comme un "critmètre" et qu'un hématocrite réduit dû à l'expansion de PV peut ainsi réguler l'érythropoïèse. Chez les individus déjà entraînés, c'est-à-dire les athlètes, la PV et l'Hbmass peuvent être encore augmentées par une exposition répétée et/ou prolongée à l'altitude ou à des conditions environnementales chaudes.

Questions de recherche et hypothèses

1. Explorer les différences entre les sexes et les individus dans l'évolution temporelle et la relation entre les adaptations cardiovasculaires (centrales et périphériques) à l'entraînement aérobie à long terme et les modifications concomitantes du volume sanguin.
2. Évaluer les différences entre les sexes et les facteurs influençant les différences individuelles (répondeurs élevés ou faibles) - en supposant que les femmes ont une réponse cardiovasculaire émoussée à l'entraînement aérobie à long terme.
3. Quelle est l'importance relative du volume sanguin, des adaptations musculaires métaboliques et cardiovasculaires pour la performance et la puissance aérobie.

Un test d'effort incrémental sur vélo ergomètre sera effectué pour déterminer le rythme de travail maximal et la VO2max. Quatre échantillons de sang veineux de 4 ml chacun sont prélevés pendant la période de repos. Le volume sanguin et la composition corporelle des sujets sont évalués à l'aide d'un scanner DXA et d'une technique de réinhalation au CO après une brève période de repos après le test d'effort.

Dans les deuxièmes essais expérimentaux (visite 2), les participants seront familiarisés au protocole expérimental en faisant du vélo en position semi-allongée. Pour l'expérience, les participants subiront un test standardisé de tolérance orthostatique par une pression négative du bas du corps (LBNP) de -15 mmHg pendant au maximum 10 min et de -30 mmHg pendant au maximum 10 min. La fonction ventriculaire est mesurée aux deux niveaux de LBNP. Après le test de tolérance orthostatique, le sujet effectuera un cyclisme semi-allongé à deux intensités sous-maximales avec euhydratation (contrôle). Au moins 30 min après le premier exercice (après que le sujet est revenu aux niveaux hémodynamiques de base), les sujets ingèrent une boisson hypertonique dans le but d'augmenter la PV d'environ 15 % (intervention). La fonction ventriculaire est à nouveau mesurée avant que le deuxième épisode de cycle sous-maximal semi-allongé ne soit lancé aux mêmes intensités que celles mentionnées ci-dessus.

Lors de la troisième visite (visite 3), nous évaluerons si le programme d'exercices a des effets sur la régulation du flux sanguin périphérique (bras). La fonction vasculaire périphérique est déterminée par des mesures du diamètre de l'artère brachiale et de la vitesse du sang à l'aide d'une échographie duplex avant et après la dilatation médiée par le flux (FMD) où un brassard positionné autour de la partie supérieure du bras est gonflé à 200 mmHg pendant 5 min pour ensuite être dégonflé. La sensibilité vasculaire et la fonction endothéliale sont ensuite mesurées par ultrasons avant et après perfusion des médicaments vasoactifs Acétylcholine (Ach) (25 et 100 μg min-1 (kg masse de bras)-1), Sodium Nitroprussiate (SNP) (0,75, 1,5 et 3,0 μmol min-1 L bras-masse-1). Entre toutes ces mesures il y aura une pause de minimum 15 min. Avant que le sujet ne quitte cette visite pour la première fois (ligne de base), deux biopsies musculaires d'environ 150 mg sont également prises pour la culture des cellules et l'évaluation des changements dans la densité capillaire, la composition des fibres musculaires et la densité et la fonction mitochondriales. Une biopsie musculaire sera également prise lors de la première visite au point d'échantillonnage après 2 semaines, 1, 2 et 6 mois après la ligne de base et avec deux biopsies musculaires à 12 mois après la ligne de base, soit un total de huit biopsies pour chaque sujet.

Une fois la première série d'expériences terminée, les sujets subiront un programme d'exercices pendant 12 mois, consistant en 3 à 4 séances d'entraînement cycliste supervisées et surveillées par semaine. L'entraînement physique sera supervisé et structuré de manière progressive pour habituer les sujets à des exercices réguliers et de haute intensité. Les sujets subiront à nouveau des procédures d'étude à 2 semaines 1, 2, 6 et 12 mois après les mesures de base afin de permettre une analyse continue des adaptations cardiovasculaires à court et à long terme. De plus, nous voulons mesurer le débit sanguin coronaire, le volume mitochondrial musculaire - et la fonction pour déterminer les effets des adaptations centrales par rapport aux périphériques à l'entraînement à long terme au départ, 2, 6 et 12 mois.

Afin de discerner les effets cardiovasculaires centraux des périphériques, nous souhaitons normaliser de manière aiguë le volume sanguin par phlébotomie lors de la dernière visite de l'entraînement physique de 12 mois. Avant et après la phlébotomie, VO2max et Q̇max seront déterminés pour étudier toute adaptation cardiovasculaire centrale.

Les sujets de ce projet sont soumis aux mesures suivantes : échographie cardiaque et vasculaire, biopsies musculaires, cathétérisme avec des échantillons de sang artériel et veineux, technique de CO-réinhalation, DXA-scan, électrocardiogramme (ECG), dilatation médiée par le flux, réponse vasodilatatrice à l'intra -infusion artérielle d'Ach et SNP, LBNP, test de performance et phlébotomie.