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Physiologie cardiaque et travail

Consommation d’oxygène et débit cardiaque

On rappelera en premier lieu quelques définitions concernant :

Le débit cardiaque Q égal au produit de la fréquence cardiaque (FC) par l’ondée systolique (OS),

La consommation d’oxygène VO2 égale au produit du débit cardiaque par la différence entre la concentration en oxygène du sang artériel (CAO2) et la concentration en oxygène du sang artériel (CAO2) et la concentration en oxygène du sang veineux mêlé (CVO2).

VO2 = q (CAO2 – CVO2)

Si l’on anlayse les phénomènes qui se produisent au cours d’une épreuve d’effort, on constate :

La diminution de la concentration du sang veineux mêlé en oxygène en relation avec la puissance de l’activité ;

Le caractère quasi constant :

-  de la concentration artérielle en oxygène hormis une faible désaturation initiale,

-  de la différence entre les deux concentrations en oxygène, artérielle et veineuse, pour une tâche déterminée et pendant toute la durée de l’état stable,

-  de l’ondée systolique pour un sujet moyen.

Seule la fréquence cardiaque subit d’importantes variations lors de l’épreuve d’effort. Pour une fréquence inférieure à 200b/mm il existe une relation linéaire entre la fréquence cardique et la consommation d’oxygène. Le recours très fréquent, à l’heure actuelle, à l’étude de la fréquence cardiaque comme méthode d’analyse des postes de travail s’explique par cette linéarité et par la facilité d’utilisation des matériels nécessaires à l’enregistrement.

Consommation maximale d’oxygène

La consommation maximale d’oxygène est le volume maximal prélevé par minute dans l’air ambiant par un sujet travaillant de façon intense pendant l’état constant.

Elle dépend :

de la taille, du poids, de la capacité vitale et de la concentration en hémoglobine ; elle est en relation linéaire avec tous ces facteurs ;

du degré de développement musculaire et de l’importance des masses musculaires actives,

de l’état cardio-respiratoire,

du sexe : 4 l/mn pour l’homme et 2,9 l/mn pour la femme,

de l’entraînement : 5,6 l/mn pour le sportif et 3,2 l/mn pour le sportif et 3,2 l/mn pour le sédentaire,

de l’âge : après une augmentation jusqu’à 30 ans, on constate une réduction d’abord progressive (jusqu’à 45 ans) ensuite plus marquée ;

des caractéristiques de l’environnement du poste de travail : altitude, ambiance thermique, etc.

La consommation maximale d’oxygène exprimée par rapport au poids vaut :
-  pour la femme : 40 à 48ml/kg/mn

-  pour l’homme : 50 à 55 ml/kg/mn

-  pour l’athlète : 90 ml/kg/mn

Sachant qu’un litre d’oxygène équivaut à 4,8 kcalories (la valeur du quotient respiratoire étant de 0,80) en connaissant la consommation d’oxygène au poste de travail, on peut évaluer la dépense énergétique de ce dernier ainsi que sa pénébilité.

Adaptation cardiaque au travail local

Travail statique continu

Lors d’un effort musculaire statique continu, le muscle agit à l’instar d’un garrot : on constate un arrêt de la circulation dans le muscle à partir d’une force égale aux 2/3 de la force maximale.

L’élévation de la fréquence cardiaque au cours d’un travail statique va de pair avec celle de la pression intramusculaire. Sa variation par rapport au repos demeure indépendante de la masse musculaire concernée, pour autant qu’interviennent des forces musculaires d’égale importance. On observe que la fréquence cardiaque augmente dès que le travail commence et qu’elle s’élève peu à peu pendant toute la durée de l’effort. On constate aussi la disparition de l’arythmie sinusale.

Au cours d’un travail statique continu on note également, en ce qui concerne la tension artérielle, une augmentation à peu près parallèle de la systolique et de la diastolique.

Travail dynamique local

Débit sanguin musculaire

En diminution pendant les phases de concentration, il s’élève à nouveau lors des périodes de déconcentration qui leur succèdent. La mesure par méthode isotonique indique :

pour un sujet au repos, 4ml/mn/100 grammes de muscle,

au cours d’une activité musculaire, 140/mn/100 grammes de muscle.

Il faut rappeler que le travail dynamique (à condition qu’il n’exige pas une force trop élevée ni une fréquence de répétition des mouvements trop intense ) favorise la circulation sanguine dans le muscle en raison de l’effet de « pompe » - ou « cœur »- « périphérique » des muscles veineux ( il facilite le retour veineux des extrémités vers les cavités cardiaques droites).

Fréquence cardiaque

On observe une augmentation de la fréquence cardiaque suivie d’un maintien en plateau lorsque l’effort n’est pas trop important.

A l’arrêt, le temps nécessaire au retour à la fréquence initaile dépend de la puissance du travail.

Lorsque le travail sollicite de petits muscles, l’augmentation de la fréquence est liée à leur représentation corticale.

Il convient également de noter la disparition de l’arythmie sinusale.

Tension artérielle

On constate une augmentation peu marquée la pression systolique et une très faible variation de la pression diastolique.

Adaptation cardiaque au travail dynamique général

Variation des paramètres physiologiques au cours d’un test d’effort d’intensité modérée à puissance constante.

On peut distinguer trois phases :

Une phase d’installation de quelques minutes au cours de laquelle on observe un déficit en oxygène concernant les muscles en activité ainsi que la mise en place des adaptations cardiaques et respiratoires. Deux mécanismes d’accrochage se succèdent :

-  l’accrochage rapide en relation avec l’intégration au niveau des centres bolbutobérantiels d’influx nerveux périphériques (reflexes proprioceptifs d’origine musculaire et tendineuse ) : elle entraîne une accélération du rythme cardiaque ;

-  l’accrochage lent en relation avec les processus biochimiques : la stimulation des chémorécepteurs de la crosse aortique et de la bifurcation carotidienne fait suite à une libération d’acide lactique.

Une phase stable qui n’apparaît que pour une activité ne se prolongeant pas à l’excès et dont le niveau métabolique ne dépasse pas 7 kcalories/mn. On note alors une stabilisation des fréquences cardiaque et respiratoire, des débits ainsi que la consommation d’oxygène. Lorsque ces conditions ne sont pas remplies et que le sujet continue l’exercice, l’augmentation des fréquences se poursuit tandis que les débits s’effondrent.

Une phase de récupération après l’arrêt de l’activité, au cours de laquelle les fréquences et les débits de repos réapparaissent peu à peu. Elle se définit par le paiement de la dette en oxygène et par la reconstitution des réserves musculaires.

Fréquence cardiaque

La fréquence cardiaque de repos est en moyenne de 70/mn, un peu plus élevée chez la femme que chez l’homme. Elle peut-être inférieure à 50/mn chez les sportifs, ce phénomène étant en relation avec le développement du volume de leurs cavités cardiaques induit par leur entraînement.

La fréquence cardiaque subit des variations liées :

au nycthémère, la valeur minimum apparaissant entre 2 et 6 heures du matin chez les sujets exerçant une activité diurne,

aux activités végétatives : pendant les 3 heures qui suivent la prise d’un repas, en particulier si le taux de protéines est important,

aux acitivités posturales :

-  en ce qui concerne le maintien postural, la position assise et la position debout se traduisent respectivement par de fréquence cardiaque d’environ 14 et 21% par rapport à la position couchée ;

-  un changement de posture implique une diminution ( cas du sujet qui s’assied ou qui se couche ) ou une augmentation ( lorsque le sujet se lève ) de la fréquence cardiaque.

à la survenue d’un bruit inhabituel

à l’environnement : ambiance chaude, séjour en altitude durant la période d’acclimatement. L’accélération de la fréquence cardiaque s’explique par les charges qui incombent au cœur : celui-ci doit garantir un débit important dans la peau (thermorégulation) et dans les muscles (travail musculaire) et corriger le cas échéant une diminution de la concentration du sang artériel en oxygène. La mesure de la fréquence cardiaque devra tenir compte de l’élément de charge supplémentaire qu’implique l’obligation d’utiliser pendant le travail certains moyens de protection contre la chaleur, les radiations, les poussières.

à l’intensité du travail ( évaluée en puissance ou en consommation d’oxygène). Celle-ci est en relation linéaire avec la fréquence cardiaque à condition qur le niveau de cette dernière ne dépasse pas 170 (limite supérieure pour un sujet moyen).

La limitation de l’activité pour des fréquences plus élevées est en relation avec :

-  la réduction du remplissage diastolique (la durée de la systole et de celle de la diastole ont tendance à s’équilibrer)

-  une irrigation myocardique devenue plus difficile

-  une diminution relative du retour veineux.

Tension artérielle

Une activité dynamique générale est à l’origine d’une augmentation de la pression systolique et de la pression moyenne ainsi qu’un élargissement différentielle.

La pression augmente rapidement de quelques centimètres de mercure (phase d’adaptation ) avant de revenir à un niveau plus bas aou elle se maintient (phase stable). L’arrêt du travail se traduit par un retour progressif des chiffres tensionnels à leur valeur antérieure.

Débit cardiaque

Entre 5 et 6 l/mn au repos, le débit cardiaque peut parvenir jusqu’à 25 à 30 l/mn (ou même davantage ). Son augmentation est en relation linéaire avec la dépense énergétique.

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