Initiée par les travaux des lauréats du prix Nobel Krogh et Hill l’étude de l’adaptation du système cardiorespiratoire lors de la transition du repos à l’exercice représente un champ majeur en physiologie de l’exercice. En début d’effort, la consommation d’oxygène (VO2) doit rapidement s’adapter afin de minimiser le déficit en dioxygène (O2), les perturbations intracellulaires et par conséquent optimiser la performance. Pendant cette phase dite « cardiodynamique » le ventricule gauche (VG) doit rapidement augmenter l’apport en O2 aux muscles actifs. Le volume d’éjection systolique (VES) et les nombreux paramètres qui le conditionnent doivent aussi rapidement s’adapter malgré une réduction très importante de la durée de diastole. Comment le VG parvient-il à relever ce défi dans les premières minutes de l’exercice et comment ces différents paramètres interagissent ? L’objectif de ce travail de thèse est de répondre à ces questions en combinant l’utilisation des dernières avancées de l’échocardiographie en mode « Speckle Tracking » (STE), permettant d’apprécier finement la fonction myocardique régionale grâce à l’évaluation de la mécanique du VG, avec une approche originale caractérisée par des enregistrements à intervalles réguliers proches au cours de répétitions d’épreuves à charges constantes (épreuves dites « rectangulaires »). Une première partie va consister à décrire finement les cinétiques cardiaques chez le sujet jeune actif, alors qu’une deuxième partie s’attachera à évaluer l’impact de l’entraînement aérobie chez des cyclistes de très bon niveau rapportant de nombreuses années de pratique. Les résultats mettent en évidence que la fonction diastolique et ses mécanismes sous-jacents jouent un rôle clé dans l’adaptation du VES à l’exercice. En permettant l’augmentation de la vitesse de remplissage, la pression de remplissage et la relaxation favorisent l’adaptation du VES dans la première minute. L’adaptation de la vitesse de détorsion jusqu’à 120s prolonge l’adaptation de la vitesse de remplissage et permet le maintien du VES au-delà de la première minute. Par ailleurs, nos résultats indiquent que l’entraînement aérobie induit une adaptation du VES plus importante grâce à une amélioration de la vitesse et du débit de remplissage du VG. Ces améliorations sont le résultat d’une adaptation plus rapide et plus importante de la relaxation à la base et d’une adaptation plus importante de la vitesse de détorsion. Ce travail de thèse basé sur l’étude de la mécanique cardiaque à l’exercice d’intensité modérée a permis de montrer le rôle clé de la diastole, et plus particulièrement de la détorsion du VG, dans l’adaptation rapide du VES ainsi que son amélioration chez le sportif aérobie. En perspective, il serait intéressant d’étudier les cinétiques cardiaques à des intensités d’exercice supérieures ou dans des populations qui présentent des intolérances à l'effort. / Initiated by the pioneering works of Nobel laureates Krogh and Hill, the study of cardiorespiratory system adaptation from rest to dynamic exercise represents a major field in exercise physiology. Oxygen uptake (VO2) has to abruptly increase in order to optimize exercise performance and tolerance by minimizing oxygen deficit and intracellular perturbations. During this “cardiodynamic” phase the LV has to abruptly increase oxygen delivery to mitochondria of active muscles. The stroke volume (SV) and its underlying mechanisms have to rapidly increase despite an important reduction of LV diastolic time. How do LV mechanics address this challenge at the onset of exercise and how do these different factors interact? Therefore, the aim of the present thesis is to answer to these questions by combining the use of latest advances in speckle tracking echocardiography (STE), which allow accurate assessment of regional myocardial function by the evaluation of LV mechanics, with an original approach based on the repetition of five similar constant work-load exercises, each of them being used to record different parameters. The first part give an accurate description of LV kinetics in young healthy active males whereas the second part focus on the evaluation of endurance training effect in well-trained cyclists. Our result highlight the key role of diastolic function and its underlying mechanisms in SV adaptation to exercise. In the first 60s, LV filling pressure and relaxation promote increase of LV filling velocity and hence SV adaptation. Beyond the first 60s, peak untwisting rate continue to increase until 120s allowing for a further increase of LV filling velocity involving SV maintenance. Furthermore, our results indicate that endurance training involve more important adaptation of SV by the improvement of LV filling velocity and filling rate. These improvement are the result of faster and higher adaptation of relaxation at the base and untwisting rate. This thesis based on the assessment of cardiac mechanic at moderate intensity exercise show the key role of diastole and more specifically LV untwist in the fast adaptation of SV and its improvement with endurance training. It would be interesting to study cardiac kinetics in heavy exercise and in pathological population presenting exercise intolerance.

(Cf. corpus p. 25-26) Ce travail de thèse s'est articulé autour de deux problématiques : les réponses cardiovasculaires consécutives à l/ différents protocoles d'exercice et 2/ différents protocoles de récupération. Concernant la première, 3 protocoles de recherches ont été menés. L'un avait pour objectif de déterminer les effets aigus d'exercices de même durée proposant une quantité de travail totale équivalente distribuée de façon constante (CC) ou intermittente (IT), sur la rigidité artérielle multi-segmentaire et ses déterminants. Les deux autres se proposaient d'explorer les dysfonctions cardiaques induites par des exercices de durées plus longues (2 à 4 heures) et leurs mécanismes sous-jacents. La seconde problématique de ce travail de doctorat a conduit à la réalisation de 5 protocoles de recherche. L'immersion contrastée (alternance d'immersions d'une à deux minutes jusqu'à l'aine à ~ 12°C et à ~ 36°C), l'immersion en eau froide (~ 12°C) et la compression élastique ont été tout particulièrement étudiées. Les points suivants ont été abordés : la comparaison des effets de la compression élastique et de l'immersion contrastée sur la performance subséquente ; la connaissance des facteurs concourant aux bénéfices de ces dernières entre des efforts intenses et brefs (c.-à-d. étude du débit sanguin musculaire, de la saturation tissulaire en oxygène, de la clairance des métabolites, etc.) ; l'étude des effets de la pression hydrostatique seule (immersion à neutralité thermique ), et ceux de celle-ci associée au froid (immersion en eau froide ) ou à l'alternance de température (immersion contrastée) sur le débit sanguin musculaire; et enfin l'étude des effets sur certains paramètres de la récupération du port d'une compression élastique au cours et au décours d'un trail. Dans ce contexte, les résultats de nos études mettent en évidence qu'un exercice de type IT diminue davantage la rigidité artérielle multi-segmentaire qu'un exercice de type CC. Cette diminution plus prononcée est associée à un relargage plus important de substances vasodilatatrices (NO,ANP, lactates, etc.). Nous avons également montré qu'un exercice prolongé de durée modérée engendre des dysfonctions cardiaques transitoires. Plus particulièrement, certains indices de contractilité évalués par une technique échocardiographique de dernière génération (c.-à-d. le « Speckle Tracking Echocardiography ») nous ont permis de mettre en évidence que la baisse de la fonction systolique du ventricule gauche (VG) était associée à une atteinte contractile du myocarde dans des conditions standardisées de fréquence et de charge cardiaques. Nos résultats soulignent également le rôle clé de la torsion ventriculaire dans la diminution du remplissage du VG et par conséquent de la fonction diastolique à l'arrêt de l'effort. Les études expérimentales s'intéressant aux techniques de récupération post-exercice indiquent que l'immersion contrastée et la compression élastique par rapport à une récupération passive, lorsqu'elles sont appliquées immédiatement après un premier exercice fatiguant, améliorent la performance subséquente (exercice de pédalage de 5 min) lorsque celle-ci est répétée dans un laps de temps court (15 min). De plus, l'immersion contrastée est plus efficace que la compression élastique pour améliorer la performance subséquente. Ces techniques de récupération accélèrent la clairance du lactate, cette dernière étant accélérée davantage après l'immersion contractée. La compression élastique augmente le débit sanguin musculaire mais également la saturation tissulaire en oxygène, que ce soit avant et après l'effort. Par rapport à une récupération passive, l'immersion contrastée augmente également le débit sanguin musculaire après l'effort, et davantage que la compression élastique. (...) / (Cf. corpus p. 27-28) This thesis work focuses on the cardiovascular responses consecutive to l/ various exercice modalities and 2/ various post-exercise recovery interventions. With regard to the exercise modalities, 3 experimental protocols were led. The first one aimed to compare the acute effects of constant and interval exercises on regional arterial stiffness and these determinants. Two others studies focused on the cardiac dysfunctions induced by exercises of longer durations (2-3h) and the underlying mechanisms. The second problematic of this thesis work led to 5 studies. The following questions were approached: the comparison of the effects of contrast water therapy and compression stockings on the subsequent performance; the knowledge of the factors at the origin of the benefits of these recovery interventions between repeated brief and exhaustive bouts of physical exercise (i.e. muscle blood flow, muscle oxygenation, removal of metabolic waste, etc.) ; the changes in leg muscle blood flow, caused by hydrostatic pressure alone [thermoneutral water immersion), and in addition to cooling (cold water immersion) or alternating of temperature (contrast water therapy); and finally the effects of elastic compression worn during and after a trail running race on the participants' recovery. Our results show that interval exercise decreases more regional arterial stiffness [central and peripheral) than constant exercise. This more pronounced decrease is associated with a higher concentration of vasodilator factors (NO, ANP, lactates, etc.). We also show that a prolonged exercise (2-3h) induce transient cardiac dysfunctions. Specifically, parameters of systolic function evaluated using 2D-speckle tracking echocardiography not only at rest, but also during incremental tests to adjust heart rate demonstrate that the 3h-period of prolonged and strenuous exercise induces left ventricular systolic dysfunction. Our results also demonstrate that depressed diastolic function is associated with delayed untwisting velocity. The studies focusing on post-exercise recovery interventions indicate that compared with passive recovery, contrast water therapy and compression stockings improve the subsequent 5-min maximal performance in cycling when this one is repeated during a brief elapsed time (i.e. 15 min). Moreover, contrast water therapy is more efficient than compression stockings to improve the subsequent performance. Theses recovery interventions accelerate the removal of lactates, and contrast water therapy more than compression stockings. The elastic compression increases muscle blood flow but also tissue oxygen saturation, before and after a physical exercise. Contrast water therapy also increases muscle blood flow after an exercise compared with a passive recovery, and more than elastic compression. (...)