Exercice physiologique - Exercise physiology

Pour une couverture plus large de ce sujet, voir Kinésiologie .
Les cyclistes peuvent être formés et évalués par des physiologistes de l'exercice pour optimiser les performances.

La physiologie de l'exercice est la physiologie de l'exercice physique . C'est l'une des professions paramédicales qui implique l'étude des réponses aiguës et des adaptations chroniques à l'exercice. Les physiologistes de l'exercice sont les professionnels de l'exercice les plus qualifiés et utilisent l'éducation, l'intervention sur le mode de vie et des formes spécifiques d'exercice pour réhabiliter et gérer les blessures et les affections aiguës et chroniques.

Comprendre l'effet de l'exercice implique d'étudier les changements spécifiques dans les systèmes musculaires , cardiovasculaires et neuro- humoraux qui conduisent à des changements dans la capacité fonctionnelle et la force dus à l' entraînement d'endurance ou à l'entraînement en force . L'effet de l'entraînement sur le corps a été défini comme la réaction aux réponses adaptatives du corps résultant de l'exercice ou comme "une élévation du métabolisme produite par l'exercice".

Les physiologistes de l'exercice étudient l'effet de l'exercice sur la pathologie et les mécanismes par lesquels l'exercice peut réduire ou inverser la progression de la maladie.

Histoire

Voir aussi : Exercice § Histoire , et Exercice aérobie § Histoire

Le physiologiste britannique Archibald Hill a introduit les concepts de consommation maximale d'oxygène et de dette d'oxygène en 1922. Hill et le médecin allemand Otto Meyerhof ont partagé le prix Nobel de physiologie ou médecine en 1922 pour leurs travaux indépendants liés au métabolisme énergétique musculaire. Sur la base de ces travaux, les scientifiques ont commencé à mesurer la consommation d'oxygène pendant l'exercice. Des contributions notables ont été apportées par Henry Taylor à l' Université du Minnesota , les scientifiques scandinaves Per-Olof Åstrand et Bengt Saltin dans les années 1950 et 60, le Harvard Fatigue Laboratory, les universités allemandes et le Copenhagen Muscle Research Center, entre autres.

Dans certains pays, il s'agit d'un fournisseur de soins de santé primaires. Les physiologistes de l'exercice accrédités (AEP) sont des professionnels formés à l'université qui prescrivent des interventions basées sur l'exercice pour traiter diverses affections en utilisant des prescriptions dose-réponse spécifiques à chaque individu.

Dépenses d'énergie

Les humains ont une grande capacité à dépenser de l' énergie pendant de nombreuses heures lors d'un effort soutenu. Par exemple, une personne faisant du vélo à une vitesse de 26,4 km/h (16,4 mph) sur 8 204 km (5 098 mi) sur 50 jours consécutifs a dépensé un total de 1 145 MJ (273 850 kcal ; 273 850 calories à la diète) avec une puissance de sortie moyenne de 182,5 W.

Le muscle squelettique brûle 90 mg (0,5 mmol ) de glucose chaque minute pendant une activité continue (comme lors de l'extension répétitive du genou humain), générant ≈24 W d'énergie mécanique, et puisque la conversion de l'énergie musculaire n'est efficace qu'à 22-26%, ≈76 W d'énergie thermique. Le muscle squelettique au repos a un taux métabolique basal (consommation d'énergie au repos) de 0,63 W/kg, soit une différence de 160 fois entre la consommation d'énergie des muscles inactifs et actifs. Pour un effort musculaire de courte durée, la dépense énergétique peut être bien plus importante : un homme humain adulte sautant d'un squat peut générer mécaniquement 314 W/kg. Un tel mouvement rapide peut générer deux fois cette quantité chez les animaux non humains tels que les bonobos et chez certains petits lézards.

Cette dépense énergétique est très importante par rapport au taux métabolique au repos basal du corps humain adulte. Ce taux varie quelque peu en fonction de la taille, du sexe et de l'âge, mais se situe généralement entre 45 W et 85 W. La dépense énergétique totale ( TEE ) due à l'énergie musculaire dépensée est beaucoup plus élevée et dépend du niveau moyen de travail physique et d'exercice effectué au cours d'une journée. Ainsi, l'exercice, surtout s'il est soutenu pendant de très longues périodes, domine le métabolisme énergétique du corps. La dépense énergétique liée à l'activité physique est fortement corrélée au sexe, à l'âge, au poids, à la fréquence cardiaque et au VO 2 max d'un individu pendant l'activité physique.

Changements métaboliques

Laboratoire d'ergospirométrie pour la mesure des modifications métaboliques lors d'une épreuve d'effort graduée sur tapis roulant

Sources d'énergie rapides

L'énergie nécessaire pour effectuer des poussées d'activité de courte durée et de haute intensité est dérivée du métabolisme anaérobie dans le cytosol des cellules musculaires, par opposition à la respiration aérobie qui utilise l'oxygène, est durable et se produit dans les mitochondries . Les sources d'énergie rapide sont constituées du système phosphocréatine (PCr), de la glycolyse rapide et de l' adénylate kinase . Tous ces systèmes re-synthétisent l' adénosine triphosphate (ATP), qui est la source d'énergie universelle dans toutes les cellules. La source la plus rapide, mais la plus facilement épuisée des sources ci-dessus est le système PCr qui utilise l'enzyme créatine kinase . Cette enzyme catalyse une réaction qui combine la phosphocréatine et l'adénosine diphosphate (ADP) en ATP et en créatine . Cette ressource est de courte durée car l'oxygène est nécessaire à la resynthèse de la phosphocréatine via la créatine kinase mitochondriale. Par conséquent, dans des conditions anaérobies, ce substrat est fini et ne dure qu'entre environ 10 à 30 secondes de travail de haute intensité. Cependant, la glycolyse rapide peut fonctionner pendant environ 2 minutes avant la fatigue et utilise principalement le glycogène intracellulaire comme substrat. Le glycogène est rapidement décomposé via la glycogène phosphorylase en unités de glucose individuelles au cours d'un exercice intense. Le glucose est ensuite oxydé en pyruvate et, dans des conditions anaérobies, est réduit en acide lactique. Cette réaction oxyde le NADH en NAD, libérant ainsi un ion hydrogène, favorisant l'acidose. Pour cette raison, la glycolyse rapide ne peut pas être maintenue pendant de longues périodes.

Glycémie plasmatique

On dit que le glucose plasmatique est maintenu lorsqu'il y a un taux égal d'apparition du glucose (entrée dans le sang) et d'élimination du glucose (élimination du sang). Chez l'individu sain, les taux d'apparition et d'élimination sont essentiellement égaux au cours d'exercices d'intensité et de durée modérées ; cependant, un exercice prolongé ou un exercice suffisamment intense peut entraîner un déséquilibre tendant vers un taux d'élimination plus élevé que l'apparence, auquel point les niveaux de glucose chutent, provoquant l'apparition de la fatigue. Le taux d'apparition du glucose est dicté par la quantité de glucose absorbée dans l'intestin ainsi que par la production de glucose dans le foie (hépatique). Bien que l'absorption du glucose par l'intestin ne soit généralement pas une source d'apparition de glucose pendant l'exercice, le foie est capable de cataboliser le glycogène stocké ( glycogénolyse ) ainsi que de synthétiser du nouveau glucose à partir de molécules de carbone réduites spécifiques (glycérol, pyruvate et lactate) dans un processus appelée gluconéogenèse . La capacité du foie à libérer du glucose dans le sang à partir de la glycogénolyse est unique, car le muscle squelettique, l'autre réservoir majeur de glycogène, est incapable de le faire. Contrairement au muscle squelettique, les cellules hépatiques contiennent l'enzyme glycogène phosphatase , qui élimine un groupe phosphate du glucose-6-P pour libérer du glucose libre. Pour que le glucose sorte d'une membrane cellulaire, l'élimination de ce groupe phosphate est essentielle. Bien que la néoglucogenèse soit une composante importante de la production hépatique de glucose, elle ne peut à elle seule soutenir l'exercice. Pour cette raison, lorsque les réserves de glycogène sont épuisées pendant l'exercice, les niveaux de glucose chutent et la fatigue s'installe. L'élimination du glucose, l'autre côté de l'équation, est contrôlée par l'absorption de glucose par les muscles squelettiques en activité. Pendant l'exercice, malgré une diminution des concentrations d' insuline , le muscle augmente la translocation de GLUT4 et l'absorption du glucose. Le mécanisme de la translocation accrue de GLUT4 est un domaine de recherche en cours.

contrôle de la glycémie : Comme mentionné ci-dessus, la sécrétion d'insuline est réduite pendant l'exercice et ne joue pas un rôle majeur dans le maintien d'une glycémie normale pendant l'exercice, mais ses hormones contre-régulatrices apparaissent à des concentrations croissantes. Les principaux parmi ceux-ci sont le glucagon , l' épinéphrine et l'hormone de croissance . Toutes ces hormones stimulent la production de glucose dans le foie (hépatique), entre autres fonctions. Par exemple, l'épinéphrine et l'hormone de croissance stimulent également la lipase adipocytaire, ce qui augmente la libération d'acides gras non estérifiés (NEFA). En oxydant les acides gras, cela épargne l'utilisation du glucose et aide à maintenir le niveau de sucre dans le sang pendant l'exercice.

Exercice pour le diabète : L'exercice est un outil particulièrement puissant pour contrôler la glycémie chez les personnes atteintes de diabète sucré . Dans une situation de glycémie élevée ( hyperglycémie ), un exercice modéré peut induire une élimination du glucose plus importante que l'apparence, diminuant ainsi les concentrations plasmatiques totales de glucose. Comme indiqué ci-dessus, le mécanisme d'élimination du glucose est indépendant de l'insuline, ce qui le rend particulièrement bien adapté aux personnes atteintes de diabète. De plus, il semble y avoir une augmentation de la sensibilité à l'insuline pendant environ 12 à 24 heures après l'exercice. Ceci est particulièrement utile pour ceux qui souffrent de diabète de type II et produisent suffisamment d'insuline mais présentent une résistance périphérique à la signalisation de l'insuline. Cependant, pendant les épisodes hyperglycémiques extrêmes, les personnes atteintes de diabète doivent éviter l'exercice en raison des complications potentielles associées à l' acidocétose . L'exercice pourrait exacerber l'acidocétose en augmentant la synthèse des cétones en réponse à l'augmentation des NEFA circulants.

Le diabète de type II est également étroitement lié à l'obésité, et il peut y avoir un lien entre le diabète de type II et la façon dont la graisse est stockée dans les cellules pancréatiques, musculaires et hépatiques. Probablement en raison de ce lien, la perte de poids due à l'exercice et à l'alimentation a tendance à augmenter la sensibilité à l'insuline chez la majorité des gens. Chez certaines personnes, cet effet peut être particulièrement puissant et peut entraîner un contrôle normal de la glycémie. Bien que personne ne soit techniquement guéri du diabète, les individus peuvent vivre une vie normale sans craindre les complications du diabète ; cependant, la reprise de poids entraînerait assurément des signes et des symptômes de diabète.

Oxygène

Une activité physique vigoureuse (comme l'exercice ou le travail pénible) augmente la demande d'oxygène du corps. La réponse physiologique de première intention à cette demande est une augmentation de la fréquence cardiaque , de la fréquence respiratoire et de la profondeur de la respiration .

La consommation d'oxygène (VO 2 ) pendant l'exercice est mieux décrite par l' équation de Fick : VO 2 =Q x (a-vO 2 diff), qui indique que la quantité d'oxygène consommée est égale au débit cardiaque (Q) multiplié par la différence entre concentrations en oxygène artériel et veineux. Plus simplement, la consommation d'oxygène est dictée par la quantité de sang distribuée par le cœur ainsi que par la capacité du muscle qui travaille à absorber l'oxygène contenu dans ce sang ; cependant, c'est un peu une simplification excessive. Bien que le débit cardiaque soit considéré comme le facteur limitant de cette relation chez les individus en bonne santé, ce n'est pas le seul déterminant de la VO2 max. C'est-à-dire que des facteurs tels que la capacité du poumon à oxygéner le sang doivent également être pris en compte. Diverses pathologies et anomalies provoquent des conditions telles que la limitation de la diffusion, l'inadéquation ventilation/perfusion et les shunts pulmonaires qui peuvent limiter l'oxygénation du sang et donc la distribution de l'oxygène. De plus, la capacité de transport d'oxygène du sang est également un déterminant important de l'équation. La capacité de transport d'oxygène est souvent la cible des aides à l' exercice ( aides ergogéniques ) utilisées dans les sports d'endurance pour augmenter le pourcentage en volume de globules rouges ( hématocrite ), comme par exemple par le dopage sanguin ou l'utilisation d' érythropoïétine (EPO). De plus, l'absorption d'oxygène périphérique dépend d'un réacheminement du flux sanguin des viscères relativement inactifs vers les muscles squelettiques en activité, et dans le muscle squelettique, le rapport capillaire/fibre musculaire influence l'extraction d'oxygène.

Déshydratation

La déshydratation fait référence à la fois à l'hypohydratation (déshydratation induite avant l'exercice) et à la déshydratation induite par l'exercice (déshydratation qui se développe pendant l'exercice). Ce dernier réduit les performances d'endurance aérobie et entraîne une augmentation de la température corporelle, de la fréquence cardiaque, de l'effort perçu et peut-être une dépendance accrue aux glucides comme source de carburant. Bien que les effets négatifs de la déshydratation induite par l'exercice sur la performance physique aient été clairement démontrés dans les années 1940, les athlètes ont continué à croire pendant des années par la suite que l'apport hydrique n'était pas bénéfique. Plus récemment, des effets négatifs sur la performance ont été démontrés avec une déshydratation modeste (<2%), et ces effets sont exacerbés lorsque l'exercice est effectué dans un environnement chaud. Les effets de l'hypohydratation peuvent varier selon qu'elle est induite par les diurétiques ou l'exposition au sauna, qui réduisent considérablement le volume plasmatique, ou selon un exercice antérieur, qui a beaucoup moins d'impact sur le volume plasmatique. L'hypohydratation réduit l'endurance aérobie, mais ses effets sur la force musculaire et l'endurance ne sont pas constants et nécessitent une étude plus approfondie. Un exercice prolongé et intense produit de la chaleur résiduelle métabolique, qui est éliminée par la thermorégulation basée sur la sueur . Un marathonien masculin perd chaque heure environ 0,83 L par temps frais et 1,2 L par temps chaud (les pertes chez les femmes sont environ 68 à 73 % inférieures). Les personnes qui font de l'exercice intense peuvent perdre deux fois et demie plus de liquide dans la sueur que dans l'urine. Cela peut avoir des effets physiologiques profonds. Faire du vélo pendant 2 heures dans la chaleur (35 °C) avec un apport hydrique minimal entraîne une diminution de la masse corporelle de 3 à 5 %, le volume sanguin également de 3 à 6 %, une augmentation constante de la température corporelle et, par rapport à un apport hydrique approprié, une augmentation des fréquences cardiaques, des volumes systoliques et des débits cardiaques inférieurs, un débit sanguin cutané réduit et une résistance vasculaire systémique plus élevée. Ces effets sont en grande partie éliminés en remplaçant 50 à 80 % du liquide perdu dans la sueur.

Autre

  • Les concentrations plasmatiques de catécholamines sont multipliées par 10 dans l'exercice du corps entier.
  • L'ammoniac est produit par les muscles squelettiques exercés à partir de l'ADP (le précurseur de l'ATP) par désamination des nucléotides puriques et par le catabolisme des acides aminés des myofibrilles .
  • l'interleukine-6 (IL-6) augmente la circulation sanguine en raison de sa libération par les muscles squelettiques en activité. Cette libération est réduite si du glucose est pris, ce qui suggère qu'elle est liée à des stress d'épuisement énergétique.
  • L'absorption du sodium est affectée par la libération d'interleukine-6 ​​car cela peut provoquer la sécrétion d' arginine vasopressine qui, à son tour, peut conduire à des niveaux de sodium dangereusement bas associés à l'exercice ( hyponatrémie ). Cette perte de sodium dans le plasma sanguin peut entraîner un gonflement du cerveau. Cela peut être évité en étant conscient du risque de boire des quantités excessives de liquides pendant un exercice prolongé.

Cerveau

Article détaillé : Effets neurobiologiques de l'exercice physique

Au repos, le cerveau humain reçoit 15 % du débit cardiaque total et utilise 20 % de la consommation d'énergie du corps. Le cerveau dépend normalement pour sa dépense énergétique élevée du métabolisme aérobie . En conséquence, le cerveau est très sensible à la défaillance de son alimentation en oxygène avec une perte de conscience survenant dans les six à sept secondes, son EEG s'affaissant en 23 secondes. Par conséquent, la fonction du cerveau serait perturbée si l'exercice affectait son approvisionnement en oxygène et en glucose.

Il est important de protéger le cerveau des perturbations, même mineures, car l'exercice dépend du contrôle moteur . Parce que les humains sont des bipèdes, le contrôle moteur est nécessaire pour garder l'équilibre. Pour cette raison, la consommation d'énergie cérébrale est augmentée pendant un exercice physique intense en raison des exigences de la cognition motrice nécessaires pour contrôler le corps.

Les physiologistes de l'exercice traitent une gamme de conditions neurologiques, y compris (mais sans s'y limiter) : la maladie de Parkinson, la maladie d'Alzheimer, les lésions cérébrales traumatiques, les lésions de la moelle épinière, la paralysie cérébrale et les problèmes de santé mentale.

Oxygène cérébral

L'autorégulation cérébrale garantit généralement que le cerveau a la priorité sur le débit cardiaque, bien que cela soit légèrement altéré par un exercice exhaustif. Pendant l'exercice sous-maximal, le débit cardiaque augmente et le flux sanguin cérébral augmente au-delà des besoins en oxygène du cerveau. Cependant, ce n'est pas le cas pour l'effort maximal continu : « L'exercice maximal est, malgré l'augmentation de l'oxygénation capillaire [dans le cerveau], associé à une teneur en O 2 mitochondriale réduite pendant l'exercice du corps entier » L'autorégulation de l'apport sanguin cérébral est altéré en particulier dans les environnements chauds

Glucose

Chez l'adulte, l'exercice épuise le glucose plasmatique disponible pour le cerveau : un exercice court et intense (35 min de vélo ergométrique) peut réduire l'absorption du glucose par le cerveau de 32 %.

Au repos, l'énergie du cerveau adulte est normalement fournie par le glucose mais le cerveau a une capacité compensatoire à en remplacer une partie par du lactate . La recherche suggère que cela peut être augmenté, lorsqu'une personne se repose dans un scanner cérébral , à environ 17%, avec un pourcentage plus élevé de 25% survenant pendant l' hypoglycémie . Au cours d'un exercice intense, on estime que le lactate fournit un tiers des besoins énergétiques du cerveau. Il existe des preuves que le cerveau pourrait, cependant, malgré ces sources d'énergie alternatives, subir encore une crise énergétique puisque l'IL-6 (un signe de stress métabolique) est libérée pendant l'exercice par le cerveau.

Hyperthermie

Les humains utilisent la thermorégulation de la sueur pour éliminer la chaleur corporelle, en particulier pour éliminer la chaleur produite pendant l'exercice. On rapporte qu'une déshydratation modérée due à l'exercice et à la chaleur altère la cognition. Ces déficiences peuvent commencer après une perte de masse corporelle supérieure à 1 %. Les troubles cognitifs, en particulier dus à la chaleur et à l'exercice, sont probablement dus à une perte d'intégrité de la barrière hémato-encéphalique. L'hyperthermie peut également abaisser le flux sanguin cérébral et augmenter la température du cerveau.

Fatigue

Activité intense

Les chercheurs ont autrefois attribué la fatigue à une accumulation d'acide lactique dans les muscles. Cependant, on ne le croit plus. Au contraire, le lactate peut arrêter la fatigue musculaire en maintenant les muscles répondant pleinement aux signaux nerveux. L'apport d'oxygène et d'énergie disponible et les perturbations de l'homéostasie des ions musculaires sont le principal facteur déterminant la performance à l'exercice, au moins pendant un exercice bref et très intense.

Chaque contraction musculaire implique un potentiel d'action qui active des capteurs de tension, et ainsi libère Ca 2+ ions à partir de la fibre musculaire est de réticulum sarcoplasmique . Les potentiels d'action qui provoquent cela nécessitent également des changements d'ions : des afflux de Na pendant la phase de dépolarisation et des efflux de K pendant la phase de repolarisation . Les ions Cl − diffusent également dans le sarcoplasme pour faciliter la phase de repolarisation. Lors d'une contraction musculaire intense, les pompes à ions qui maintiennent l'homéostasie de ces ions sont inactivées et cela (avec d'autres perturbations liées aux ions) provoque des perturbations ioniques. Cela provoque une dépolarisation de la membrane cellulaire, une inexcitabilité et donc une faiblesse musculaire. Une fuite de Ca 2+ des canaux du récepteur de la ryanodine de type 1 a également été identifiée avec la fatigue.

Dorando Pietri sur le point de s'effondrer à l'arrivée du marathon aux Jeux Olympiques de Londres de 1908

Échec d'endurance

Après un exercice intense et prolongé, il peut y avoir un effondrement de l' homéostasie corporelle . Voici quelques exemples célèbres :

  • Dorando Pietri lors du marathon masculin des Jeux olympiques d'été de 1908 a couru dans le mauvais sens et s'est effondré plusieurs fois.
  • Jim Peters lors du marathon des Jeux du Commonwealth de 1954 a titubé et s'est effondré à plusieurs reprises, et bien qu'il ait eu une avance de cinq kilomètres (trois milles), il n'a pas réussi à terminer. Bien que l'on croyait autrefois que cela était dû à une déshydratation sévère, des recherches plus récentes suggèrent qu'il s'agissait des effets combinés sur le cerveau de l'hyperthermie, de l'hypernatrémie hypertonique associée à la déshydratation et éventuellement de l'hypoglycémie.
  • Gabriela Andersen-Schiess dans le marathon féminin aux Jeux olympiques d'été de Los Angeles 1984 dans les 400 derniers mètres de la course, s'arrêtant occasionnellement et montrant des signes d' épuisement dû à la chaleur . Bien qu'elle ait franchi la ligne d'arrivée, elle n'a été libérée des soins médicaux que deux heures plus tard.

Gouverneur central

Tim Noakes , basé sur une idée plus tôt par le 1922 Prix Nobel de physiologie ou médecine gagnant Archibald Colline a proposé l'existence d'un gouverneur central . En cela, le cerveau ajuste en permanence la puissance délivrée par les muscles pendant l'exercice en ce qui concerne un niveau d'effort sûr. Ces calculs neuronaux tiennent compte de la durée antérieure d'un exercice intense, de la durée prévue d'un effort supplémentaire et de l'état métabolique actuel du corps. Cela ajuste le nombre d'unités motrices musculaires squelettiques activées et est subjectivement ressenti comme de la fatigue et de l'épuisement. L'idée d'un régulateur central rejette l'idée antérieure selon laquelle la fatigue n'est causée que par une défaillance mécanique des muscles en exercice (" fatigue périphérique "). Au lieu de cela, le cerveau modélise les limites métaboliques du corps pour garantir que l'homéostasie du corps entier est protégée, en particulier que le cœur est protégé contre l'hypoxie, et qu'une réserve d'urgence est toujours maintenue. L'idée du gouverneur central a été remise en question car des «catastrophes physiologiques» peuvent survenir et se produisent, suggérant que si elle existait, les athlètes (tels que Dorando Pietri , Jim Peters et Gabriela Andersen-Schiess ) peuvent l'ignorer.

Autres facteurs

Il a également été suggéré que la fatigue à l'exercice était affectée par :

Biomarqueurs cardiaques

Les exercices prolongés tels que les marathons peuvent augmenter les biomarqueurs cardiaques tels que la troponine , le peptide natriurétique de type B (BNP) et l' albumine modifiée par ischémie (alias MI) . Cela peut être mal interprété par le personnel médical comme un signe d' infarctus du myocarde ou de dysfonctionnement cardiaque . Dans ces conditions cliniques, ces biomarqueurs cardiaques sont produits par des lésions musculaires irréversibles. En revanche, les processus qui les créent après un effort intense dans les sports d'endurance sont réversibles, leurs niveaux revenant à la normale dans les 24 heures (des recherches supplémentaires sont cependant encore nécessaires).

Adaptations humaines

Les humains sont spécifiquement adaptés pour s'engager dans une activité musculaire intense prolongée (telle que la course bipède efficace sur de longues distances ). Cette capacité de course d'endurance a peut-être évolué pour permettre l' épuisement du gibier par une poursuite lente mais constante persistante pendant de nombreuses heures.

La capacité du corps humain, contrairement à celui des animaux qu'il chasse, à éliminer efficacement les déchets de chaleur musculaire est au cœur du succès. Chez la plupart des animaux, cela est stocké en permettant une augmentation temporaire de la température corporelle. Cela leur permet d'échapper aux animaux qui les poursuivent rapidement pendant une courte durée (la façon dont presque tous les prédateurs attrapent leur proie). Les humains, contrairement aux autres animaux qui attrapent des proies, éliminent la chaleur grâce à une thermorégulation spécialisée basée sur l' évaporation de la sueur . Un gramme de sueur peut éliminer 2 598 J d'énergie thermique. Un autre mécanisme est l'augmentation du flux sanguin cutané pendant l'exercice qui permet une plus grande perte de chaleur par convection qui est facilitée par notre posture droite. Ce refroidissement basé sur la peau a entraîné l'acquisition par les humains d'un nombre accru de glandes sudoripares , combiné à un manque de fourrure corporelle qui, autrement, arrêterait la circulation de l'air et une évaporation efficace. Parce que les humains peuvent évacuer la chaleur de l'exercice, ils peuvent éviter la fatigue due à l'épuisement par la chaleur qui affecte les animaux poursuivis de manière persistante, et donc éventuellement les attraper.

Expériences d'élevage sélectif avec des rongeurs

Les rongeurs ont été spécifiquement élevés pour le comportement ou la performance à l'exercice dans plusieurs études différentes. Par exemple, des rats de laboratoire ont été élevés pour des performances élevées ou faibles sur un tapis roulant motorisé avec une stimulation électrique comme motivation . La gamme de rats à haute performance présente également un comportement de roulage volontaire accru par rapport à la gamme à faible capacité. Dans une approche d' évolution expérimentale , quatre lignées répliquées de souris de laboratoire ont été élevées pour des niveaux élevés d' exercice volontaire sur roues, tandis que quatre lignées de contrôle supplémentaires sont maintenues par élevage sans tenir compte de la quantité de roue en marche. Ces lignées sélectionnées de souris montrent également une capacité d'endurance accrue lors de tests de capacité d'endurance forcée sur un tapis roulant motorisé. Cependant, dans aucune des deux expériences de sélection, les causes précises de la fatigue pendant l'exercice forcé ou volontaire n'ont été déterminées.

Douleurs musculaires induites par l'exercice

L'exercice physique peut causer de la douleur à la fois comme effet immédiat qui peut résulter de la stimulation des terminaisons nerveuses libres par un pH bas, ainsi qu'une douleur musculaire d'apparition retardée . La douleur retardée est fondamentalement le résultat de ruptures dans le muscle, bien qu'apparemment n'implique pas la rupture de fibres musculaires entières .

La douleur musculaire peut aller d'une légère douleur à une blessure débilitante en fonction de l'intensité de l'exercice, du niveau d'entraînement et d'autres facteurs.

Il existe des preuves préliminaires suggérant qu'un entraînement continu d'intensité modérée a la capacité d'augmenter le seuil de douleur d'une personne.

Formation en physiologie de l'exercice

Des programmes d'accréditation existent avec des organismes professionnels dans la plupart des pays développés, garantissant la qualité et la cohérence de l'éducation. Au Canada, on peut obtenir le titre de certification professionnelle - Physiologiste de l'exercice certifié pour ceux qui travaillent avec des clients (cliniques et non cliniques) dans l'industrie de la santé et du fitness. En Australie, on peut obtenir le titre de certification professionnelle - Accredited Exercise Physiologist (AEP) par le biais de l'organisme professionnel Exercise and Sports Science Australia (ESSA). En Australie, il est courant pour un AEP d'avoir également la qualification d'un scientifique d'exercice accrédité (AES). Le premier organe directeur est l' American College of Sports Medicine .

Le domaine d'étude d'un physiologiste de l'exercice peut inclure, sans s'y limiter , la biochimie , la bioénergétique , la fonction cardiopulmonaire , l' hématologie , la biomécanique , la physiologie des muscles squelettiques , la fonction neuroendocrinienne et la fonction du système nerveux central et périphérique . En outre, les physiologistes de l'exercice vont des scientifiques fondamentaux aux chercheurs cliniques, aux cliniciens et aux entraîneurs sportifs.

Les collèges et les universités offrent la physiologie de l'exercice comme programme d'études à différents niveaux, y compris les diplômes et certificats de premier cycle, les diplômes d'études supérieures et les programmes de doctorat. La base de la physiologie de l'exercice en tant que majeure est de préparer les étudiants à une carrière dans le domaine des sciences de la santé. Un programme qui se concentre sur l'étude scientifique des processus physiologiques impliqués dans l'activité physique ou motrice, y compris les interactions sensorimotrices, les mécanismes de réponse et les effets des blessures, des maladies et des handicaps. Comprend des instructions sur l'anatomie musculaire et squelettique ; base moléculaire et cellulaire de la contraction musculaire; utilisation du carburant; neurophysiologie de la mécanique motrice; réponses physiologiques systémiques (respiration, flux sanguin, sécrétions endocriniennes et autres); fatigue et épuisement; entraînement musculaire et corporel; physiologie d'exercices et d'activités spécifiques; physiologie des blessures; et les effets des handicaps et des maladies. Les carrières disponibles avec un diplôme en physiologie de l'exercice peuvent inclure: un travail non clinique basé sur le client; spécialistes de la force et du conditionnement physique; traitement cardiopulmonaire; et la recherche clinique.

Afin d'évaluer les multiples domaines d'études, les étudiants apprennent des processus à suivre au niveau du client. Les enseignements pratiques et magistraux sont dispensés en classe et en laboratoire. Ceux-ci inclus:

  • Évaluation de la santé et des risques : Afin de travailler en toute sécurité avec un client au travail, vous devez d'abord être en mesure de connaître les avantages et les risques associés à l'activité physique. Les exemples incluent la connaissance des blessures spécifiques que le corps peut subir pendant l'exercice, la manière de dépister correctement un client avant le début de son entraînement et les facteurs à rechercher qui peuvent inhiber ses performances.
  • Test d' effort : Coordonner les tests d'effort afin de mesurer la composition corporelle, la condition cardiorespiratoire, la force/endurance musculaire et la flexibilité. Des tests fonctionnels sont également utilisés afin d'acquérir une compréhension sur une partie plus spécifique du corps. Une fois les informations recueillies sur un client, les physiologistes de l'exercice doivent également être en mesure d'interpréter les données du test et de décider quels résultats liés à la santé ont été découverts.
  • Prescription d'exercices : Former des programmes d'entraînement qui répondent le mieux aux objectifs de santé et de forme physique d'un individu. Doit être capable de prendre en compte différents types d'exercices, les raisons/objectifs d'un entraînement client et des évaluations présélectionnées. Il est également nécessaire de savoir prescrire des exercices pour des considérations et des populations particulières. Ceux-ci peuvent inclure les différences d'âge, la grossesse, les maladies articulaires, l'obésité, les maladies pulmonaires, etc.

Programme d'études

Le programme de physiologie de l'exercice comprend la biologie , la chimie et les sciences appliquées . Le but des cours sélectionnés pour cette majeure est d'avoir une compréhension approfondie de l'anatomie humaine, de la physiologie humaine et de la physiologie de l'exercice. Comprend des instructions sur l'anatomie musculaire et squelettique ; base moléculaire et cellulaire de la contraction musculaire; utilisation du carburant; neurophysiologie de la mécanique motrice; réponses physiologiques systémiques (respiration, flux sanguin, sécrétions endocriniennes et autres); fatigue et épuisement; entraînement musculaire et corporel; physiologie d'exercices et d'activités spécifiques; physiologie des blessures; et les effets des handicaps et des maladies. Non seulement un horaire de cours complet est nécessaire pour obtenir un diplôme en physiologie de l'exercice, mais un minimum d'expérience pratique est requis et les stages sont recommandés.

Voir également

Les références

+ Médias liés à la physiologie de l'exercice sur Wikimedia Commons