LE CERVEAU À L'EFFORT

Réponses physiologiques à l’exercice

Le cerveau est de plus en plus reconnu comme étant un organe
important dans le cadre des adaptations physiologiques à l’exercice.
Un approvisionnement cérébral adapté en oxygène et en substrats
énergétiques est indispensable à l’activation cérébrale permettant
la production d’une commande motrice. Ainsi, la perfusion
cérébrale constitue un acteur essentiel des réponses à l’effort et à
l’entraînement.
Samuel Vergès

Introduction

MOTS-CLES :
Cerveau, Débit sanguin cérébral,
Exercice musculaire, Oxygénation
cérébrale, Activation cérébrale

En 1896, L. Hill proposait, sur la base
des premières données disponibles
relatives à la perfusion cérébrale,
qu’une émotion positive puisse augmenter
le débit sanguin dans le cerveau
alors qu’une émotion négative
(douleur) induirait le phénomène
inverse (1). Mais c’est lorsque que
Kety et Schmidt (2) ont proposé,
en 1945, une méthode de référence
fondée sur l’utilisation de gaz inerte
(inhalation de N2O et mesure de ses
concentrations au niveau artériel et
de la veine jugulaire interne) que le
débit sanguin cérébral (DSC) et le
métabolisme cérébral ont pu être
étudiés spécifiquement dans diverses
conditions. Il est apparu que
le DSC global est précisément régulé
de façon à rester constant pour autant
que la pression artérielle partielle
en CO2 soit inchangée et que
la pression artérielle moyenne systémique
reste dans des valeurs où l’autorégulation
cérébrale est efficace
(l’autorégulation cérébrale est un
mécanisme de régulation permettant
de maintenir le DSC constant
conditions. En réponse au mouvement
d’une main par exemple, le
débit sanguin et la consommation
d’O2 dans la zone controlatérale de
représentation corticale de la main
sont augmentés.

Chez l’Homme au repos en position
allongée, le cerveau dans son ensemble
reçoit environ 800 mL/min
de sang ou 50 mL/min/100 g de tissu.
Ce DSC global est modifié dans des
situations pour lesquelles la pression
artérielle systémique atteint des
valeurs où l’autorégulation cérébrale
n’est plus efficace. La pression artérielle
partielle en CO2 est également
un facteur puissant de régulation du
DSC. Lorsque l’on inhale du CO2, le
DSC global augmente d’environ 4 %
par mmHg de pression artérielle en
CO2 supplémentaire, l’hyperventilation
et l’hypocapnie ainsi induites
ayant l’effet inverse. En plus des
influences globales sur le DSC de la
pression artérielle systémique et du
CO2 artériel, d’importantes régulations
métaboliques locales de la
perfusion cérébrale ont lieu dans
les régions du cerveau activées, par
exemple le cortex moteur ou visuel
en réponse à un mouvement ou un
stimulus visuel. Au total, l’autorégulation
cérébrale, le CO2 artériel et
l’activité métabolique locale agissent
simultanément pour induire une réponse
du DSC à un stimulus donné,
dont l’exercice physique. D’autres
éléments peuvent intervenir et influer
sur le DSC dans des situations
particulières, comme le volume sanguin
cérébral. Lors d’une verticalisation
rapide par exemple, le DSC peut
diminuer de l’ordre de 15 à 20 % représentant
ainsi un élément important
du stress orthostatique (5).
pour des modifications de pression
artérielle systémique moyenne comprises
entre 60 et 150 mmHg). Les
mesures de méthode par gaz inerte
n’ont initialement pas permis de
mettre en évidence de modification
significative du DSC global à l’exercice
et ce, malgré l’augmentation de
pression artérielle moyenne qu’il induit.
Ces méthodes ont en revanche
mis en valeur une augmentation du
DSC global en réponse à une stimulation
mentale alors qu’inversement,
le DSC global apparaissait diminué
au cours du sommeil (-15 % environ
[3]). Cependant, il s’est avéré que
les méthodes par gaz inerte présentaient
certaines limites, d’une part
du fait de leur évaluation du DSC
global uniquement, ignorant ainsi
les différences régionales, et d’autre
part du fait de certains aspects méthodologiques
(4).

Des évolutions techniques ont
ensuite permis d’étudier non pas
simplement le DSC global, mais les
modifications de DSC régional en
réponse à une activation cérébrale.
Contrairement aux données initiales
obtenues par la méthode de Kety et
Schmidt, le DSC et le métabolisme
cérébral régionaux sont alors apparus
grandement modifiés dans diverses

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