fréquence cardiaque

Impact du froid sur la

fréquence cardiaque Par : Léa Gaudreault-Lavoie et Catherine Marcoux

Résumé : Impact du froid sur la fréquence cardiaque Gaudreault-Lavoie, L. & C. Marcoux. 2012. Rapport interne. Sciences, Cégep St-Félicien. Les 2 responsables de l’expérience ont effectué une série de tests. La fréquence cardiaque augmente d’une certaine mesure à chaque exposition d’une partie du corps choisie. La fréquence moyenne la plus élevée pendant la première minute d’exposition au froid s’avère être celle de l’immersion du corps entier, soit de 122,33 bpm. Abstract : Effet of cold on heart rate By L. Gaudreault-Lavoie and C. Marcoux. 2012. Internal report. Sciences, Cégep St-Félicien. The two leaders of the experiment carried out a series of tests. Heart rate increases by a certain measurement to each exposure to cold of selected parts of the body. The highest rise in heart beat is caused by exposure of the whole body to cold water (8˚C), it rises to 122 BPM.

Mots clés: Froid, Fréquence cardiaque, Exposition, Consommation d’énergie

Nos hypothèses Pour ce laboratoire, nous avons 3 hypothèses :  



Au contact du froid, les récepteurs au froid du cou provoqueront un réflexe qui fera augmenter la fréquence cardiaque. En submergeant le corps en entier dans de l’eau froide, l’augmentation de la fréquence cardiaque sera plus grande que celle provoquée par l’effet du froid dans le cou. En s’exposant au froid, la consommation en énergie du corps augmente.

Théorie La température interne du corps humain est de 37±0.5°C1. Elle demeure inchangée qu’il fasse chaud ou froid dans un environnement quelconque. Cette adaptation aux différents paliers de températures est due à tout un système interne que l’organisme met en place pour créer de la chaleur et éviter les déperditions calorifiques 2 : la thermogénèse.

ELAINE N.MARIEB et KATJA HOEHN, Anatomie et physiologie humaines 4e édition, p.1102 Déperdition calorifique : Il s’agit d’un refroidissement lent engendrant une chute de la température centrale pouvant entraîner une syncope ou la mort. 1 2

La peau est le seul organe étant en contact direct avec le milieu extérieur. Lors de l’exposition à une basse température, il y a des récepteurs que l’on appelle «récepteur au froid» qui provoquent un réflexe faisant augmenter la chaleur du corps et donc, par le fait même, la consommation en énergie. La thermogénèse intervient en produisant de la chaleur grâce à la transformation des graisses et des sucres. En cas de froid intense, dans certaines conditions, la vasoconstriction survient, ce qui permet de réduire le calibre des vaisseaux sanguins aux extrémités. En ce sens, l’activité dans le corps humain augmente, ce qui engendre une accélération du rythme cardiaque.3 Matériel et méthode Pour réaliser notre projet et vérifier nos hypothèses, nous avons effectué une panoplie de tests. D’abord, en ce qui concerne le cou, nous avons utilisé un sac de glace que nous avons tenu sur la zone en question pendant 1 minute. Puis, nous avons testé différentes parties du corps ainsi que le corps en entier à l’aide d’eau froide et de glace. Ces tests nous ont permis de voir si l’exposition au froid a un impact sur la fréquence cardiaque et donc sur la consommation d’énergie. Pour de plus amples détails, consultez l’annexe 1.

Résultats et discussion Pour pouvoir établir le lien existant entre la fréquence cardiaque et l’exposition au froid, il fallait d’abord récolter des données de rythmes cardiaques au repos. Pour ce faire, nous avons utilisé une montre et une ceinture polar. La prise de mesure nous a permis de compiler un tableau des résultats, soit celui de la figure 1. Ces données sont celles qui ont été prises sur une des membres de l’équipe, car comparées aux résultats récoltés par le second membre, son rythme cardiaque était plus stable (fig.1). De ce fait, il était plus facile d’établir une moyenne de battements par minute significative. Cette moyenne, soit 86 bpm, a été calculée à la suite d’une période de 5 minutes durant laquelle Léa était allongée sur une chaise longue. C’est notre test témoin. Il nous permettra de faire les comparaisons nécessaires lors des tests qui suivront. Lors du premier test, soit celui voulant démontrer l’effet de la glace dans le cou, nous avons pu remarquer que l’impact était moindre puisque la fréquence cardiaque moyenne pendant la première minute d’exposition était de 86,8 bpm. Comparé à la fréquence moyenne au repos de Léa (fig.1), cet écart de 0,8 bpm ne peut être significatif. Comme vous pouvez le voir par le graphique de la figure 2, la période d’exposition commence au temps 0. Il y a un pic croissant à 10 secondes, mais il est possible de l’attribuer au stress du choc puisqu’il y a une infime différence entre la valeur du maximum atteint, soit 87 bpm, et la valeur de la fréquence moyenne (86,8 bpm). De plus, afin qu’il soit possible de vérifier la théorie selon laquelle un individu pourrait perdre des calories en s’exposant au froid, il faudrait que cette valeur maximal soit maintenu plus longtemps que seulement quelques secondes. Notre 3

ELAINE N.MARIEB et KATJA HOEHN, Anatomie et physiologie humaines 4e édition, p.1099 Impact du froid sur la fréquence cardiaque

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première hypothèse est donc infirmée. Nous avons donc décidé d’effectuer des tests semblables pour le ventre, les cuisses, les coudes, les pieds et le corps en entier. D’abord, pour le ventre et les cuisses, nous avons procédé selon un protocole4 semblable à celui suivi pour le cou. Il nous a été possible de voir l’effet qu’a le froid ces 2 parties du corps. Suite à Source : Données prises sur une personne, fille, 19 ans, Février 2012, fait une fois nos expérimentations, on a découvert que ce sont 2 zones qui n’influencent en rien la fréquence cardiaque lors de leur exposition au froid. On peut même remarquer qu’elles engendrent la situation inverse à celle espérée. En effet, il est possible de voir que la fréquence cardiaque a diminué lorsqu’on y a posé la glace dans le graphique de la figure 3. Pour ce qui est des coudes et des pieds, en plaçant les moyennes de fréquence cardiaque en ordre décroissant, on peut voir dans ce même graphique (fig.3) qu’ils occupent respectivement le 2 e (94 bpm) et 3e (90,5 bpm) rangs. Cela démontre qu’en ces endroits, l’exposition au froid a une influence. Ce qui est aussi particulièrement intéressant dans cette même figure, c’est de constater que la zone des coudes semble posséder plusieurs récepteurs au froid ce qui la rend vulnérables aux basses températures. Ceci peut aussi être une explication plausible au concept de vasoconstriction qui aurait pour effet de diminuer le transfert de chaleur vers l’extérieur du corps. En effet, lors d’exposition au grand froid, il est possible qu’il y ait une vasoconstriction périphérique. De plus, la zone du corps humain qui nous a permis d’atteindre la moyenne de fréquence cardiaque la plus élevée est le corps complet, comme on peut le voir dans le graphique de la figure 3. En effet, en submergeant Léa dans une eau à 8˚C, sa fréquence cardiaque moyenne

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Voir annexe 1 : protocole de mesures Impact du froid sur la fréquence cardiaque

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pendant la première minute d’exposition à l’eau froide a atteint 122,33 bpm, ce qui est une augmentation importante comparée à la fréquence moyenne au repos de Léa (fig. 1) qui est de 86 bpm. On peut donc en conclure qu’en exposant le corps au froid, le cœur subit un choc engendrant une accélération importante du rythme cardiaque. De ce fait, notre 2e hypothèse est validée puisque cette augmentation montre que ce rythme est clairement plus grand que celui engendré par le froid dans le cou (fig. 2). Au cours de notre expérience, nous avons été intriguées par le fait qu’il ne semblait pas y avoir de paliers constants en ce qui concerne l’augmentation de la fréquence cardiaque. En effet, pour chacun des tests, l’impact du froid était toujours de courte durée, soit entre 15 et 30 secondes, sauf pour le corps puisqu’il a fallu 1 minute 30 secondes à la fréquence cardiaque de Léa pour revenir à 86 bpm, son rythme au repos. C’est ce qui nous a amenés à nous questionner sur le phénomène d’accommodation de notre organisme. Pour pouvoir faire un constat concernant notre 3e hypothèse, il nous a fallu procéder à un test supplémentaire durant lequel l’évaluation s’est fait à l’aide d’intervalles5. Le graphique de la figure 4 montre les résultats que nous avons obtenus. Pour pouvoir observer une augmentation de la consommation en énergie, la fréquence cardiaque doit être maintenue la plus haute possible durant une période suffisamment grande pour permettre la perte de calories. Avec ce dernier test, il est possible de croire qu’avec le temps, l’effet du froid s’estompe. Le graphique le démontre puisqu’à la 3e minute d’immersion des pieds dans l’eau froide, la fréquence moyenne est la même que celle de Léa au repos, soit 86 bpm. D’après ce constat, il est difficile de valider la 3e hypothèse, car bien que le rythme cardiaque augmente, ce gain est de courte durée. Il faudrait donc de plus amples recherches ainsi que d’autres tests pour faire un constat fiable6.

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Voir annexe 1 : sixième partie Voir annexe 2 : Suggestions Impact du froid sur la fréquence cardiaque

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Critiques et améliorations Critiques

Améliorations

1. Pour

L’idéal aurait été d’avoir quelques volontaires, ce qui nous aurait permis de récolté un plus grand nombre de données. Ainsi, nous aurions pu faire un constat plus significatif concernant le réel impact du froid sur la fréquence cardiaque.

2. Pour

Pour réaliser l’expérience en demeurant plus longtemps dans l’eau, il aurait fallu déterminer une température de l’eau plus chaude pour que l’on puisse y rester plus longtemps. Nous aurions pu voir les effets d’une basse température sur une plus grande période de temps. Nous aurions aussi pu utiliser un local où l’air aurait été plus froid.

3. Puisque

Pour contrer cela, il aurait été préférable d’être plus assidues lors de nos tests. Malgré le fait que les tests aient été effectués sur une longue période, s’assurer des moments de la journée et de la température du laboratoire aurait favorisé la prise de mesures.

une question d’éthique, nous avons effectué tous les tests seulement sur nous. Nous avons donc deux fois chacun des tests puisque nous sommes deux responsables du projet.

effectuer les tests, il fallait déterminer une période de temps convenable pendant laquelle il était supportable d’être dans l’eau froide. Pour chacune des parties étudiées, nous avons choisi de s’exposer 1 minute puisque la température de l’eau était relativement basse. l’expérience a été réalisée dans un laboratoire au Cégep, les conditions expérimentales n’étaient pas tout à fait les mêmes d’un test à l’autre.

Conclusion Bref, il est possible de conclure que le froid a un impact direct sur la fréquence cardiaque, mais qu’il est de courte durée. Tout bien considéré, la séries de tests que nous avons effectué nous a permis de constater que la fréquence cardiaque augmente d’une mesure différente selon l’exposition de chaque partie du corps choisie. Selon ces tests, il s’avère que le corps complet submergé dans l’eau est celui qui a la plus grande influence sur le rythme cardiaque avec un écart considérable de 36,33 bpm par rapport à la fréquence moyenne au repos qui était de 86 bpm. La moyenne obtenue pendant la première minute de cette exposition au froid, soit de 122,33 bpm, nous laisse sous-entendre que ce choc lié à la basse température constitue un bienfait pour le bon fonctionnement de l’organisme.

Médiagraphie Figures :  # fig.  # fig.  # fig.  # fig.

section titre : http://courseapied.ca/tag/jogging/ 1 : L. Gaudreault-Lavoie et C. Marcoux. 2012. Reproduction interdite 2 : L. Gaudreault-Lavoie et C. Marcoux. 2012. Reproduction interdite 3 : L. Gaudreault-Lavoie et C. Marcoux. 2012. Reproduction interdite

Sites Internet :

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ALLARD, Marie. La Presse.ca (page consultée la 27 janvier 2012), [En ligne], http://www.cyberpresse.ca/actualites/quebec-canada/sante/201201/26/014489838-de-la-graisse-qui-fait-maigrir.php CCM BENCHMARK GROUP. L’internaute science (page consultée le 27 janvier 2012), [En ligne], http://www.linternaute.com/science/biologie/dossier/corpshumain/1.shtml. INSTITUT DULAC. Régime et diététique (page consultée le 25 janvier 2012), [En ligne], http://regimes.wordpress.com/2009/07/09/thermogenese-et-minceur/ JOHNSON, Maxime. Le Tabaret (page consultée le 27 janvier 2012), [En ligne], http://www.tabaret.uottawa.ca/article_f_450.html MARTZOLFF, Richard. Vulgaris-Médical (page consultée le 23 mai 2012), [En ligne], http://www.vulgaris-medical.com/encyclopedie/vasoconstriction-4758.html TRUDEAU, François. Université du Québec (page consultée le 27 janvier 2012), [En ligne], http://www.uquebec.ca/edusante/physique/imp_protection_du_froid.htm WIKIPÉDIA. Wikipédia : l’encyclopédie libre (page consultée le 23 mai 2012), [En ligne], http://fr.wikipedia.org/wiki/Pression_art%C3%A9rielle

Chapitres d’un livre :  ELAINE N.MARIEB et KATJA HOEHN, Anatomie et physiologie humaines 4e édition, Québec, Éditions du Renouveau Pédagogique Inc., Département des Sciences, 1293 pages.  SOCIÉTÉ CANADIENNE DE PHYSIOLOGIE DE L’EXERCICE (1997), Guide du conseiller en condition physique et habitudes de vie 3e édition, Ottawa, Société canadienne de physiologie de l’exercice

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Annexe 1 : PROTOCOLE DE MESURE 1. Liste du matériel       

Montre et ceinture polar Thermomètre Sac de glace Bac de plastique Eau Bain Chaise longue

2. Procédure de mesure Première partie : Prise de données au repos 1. Passer la ceinture polar sous l’eau et installer sous la poitrine. 2. S’allonger sur la chaise longue et relaxer. 3. Prendre des données de fréquence cardiaque pendant 5 minutes à tous les 10 secondes. 4. Compiler les données dans un tableau. 5. Répéter les étapes 1 à 4 pour la deuxième personne. Deuxième partie : Le cou 1. Mettre la montre et la ceinture polar. 2. S’allonger sur la chaise longue et, pendant 5 minutes, prendre la fréquence cardiaque au repos de la même façon qu’à l’étape 3 de la première partie. 3. Mettre le sac de glace dans le cou. 4. Prendre des données de fréquences cardiaques à tous les 10 secondes pendant 60 secondes. 5. Retirer le sac et continuer à récolter des données pendant 2 minutes. 6. Compiler les données dans un tableau. 7. Répéter les étapes 1 à 6 pour la deuxième personne. Troisième partie : Le ventre et les cuisses 1. Mettre la montre et la ceinture polar. 2. S’allonger sur la chaise longue et, pendant 5 minutes, prendre la fréquence cardiaque au repos de la même façon qu’à l’étape 3 de la première partie. 3. Mettre le sac de glace sur le ventre. 4. Prendre des données de fréquences cardiaques à tous les 10 secondes pendant 60 secondes. 5. Retirer le sac et continuer à récolter des données pendant 2 minutes. 6. Compiler les données dans un tableau. 7. Refaire les étapes 2 à 6 pour les cuisses 8. Répéter les étapes 1 à 7 pour la deuxième personne. Quatrième partie : Les coudes et les pieds 1. Mettre la montre et la ceinture polar. 2. S’allonger sur la chaise longue et, pendant 5 minutes, prendre la fréquence cardiaque au repos de la même façon qu’à l’étape 3 de la première partie. 3. Plonger les coudes dans un bac d’eau contenant de la glace. Impact du froid sur la fréquence cardiaque

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4. Prendre des données de fréquences cardiaques à tous les 10 secondes pendant 60 secondes. 5. Retirer les coudes du bac et continuer à récolter des données pendant 2 minutes. 6. Compiler les données dans un tableau. 7. Refaire les étapes 2 à 6 pour les pieds. 8. Répéter les étapes 1 à 7 pour la deuxième personne. Cinquième partie : Le corps complet 1. Mettre la montre et la ceinture polar. 2. Remplir le bain d’eau froide et ajuster la température à 8˚C à l’aide du thermomètre. 3. Pendant 5 minutes, prendre la fréquence cardiaque au repos de la même façon qu’à l’étape 3 de la première partie. 4. Submerger le corps dans le bain. 5. Prendre des données de fréquences cardiaques à tous les 10 secondes pendant 60 secondes. 6. Sortir du bain et continuer à récolter des données pendant 2 minutes. 7. Compiler les données dans un tableau. 8. Répéter les étapes 1 à 7 pour la deuxième personne. Sixième partie : Les pieds à intervalle 1. Mettre la montre et la ceinture polar. 2. Remplir un bac de plastique d’eau froide. 3. Plonger les pieds dans le bac et prendre des données de fréquences cardiaques à tous les 10 secondes pendant 60 secondes. 4. Retirer les pieds du bac et continuer à récolter des données pendant 2 minutes 5. Refaire les étapes 3 et 4 deux autres fois pour un total de 3 périodes d’une minute dans l’eau froide. 6. Compiler les données dans un tableau. 7. Répéter les étapes 1 à 7 pour la deuxième personne.

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Annexe 2 : SUGGESTIONS SUGGESTIONS

COMMENT LA RÉALISER

1. Il serait intéressant de réaliser la même expérience en incluant de l’exercice physique.

Il faudrait réaliser un plan d’entraînement dans une salle de conditionnement où la température pourrait être régler. On aurait un groupe témoin faisant les mêmes exercices à une température normale ainsi qu’un groupe qui expérimenterait ce même programme dans une salle à 15˚C, par exemple. Les données récoltées pourraient être compilées pour permettre un constat signifiant au sujet de l’effet du froid sur l’entraînement.

2. Pour expérimenter le phénomène d’accommodation, il serait intéressant de voir la différence entre une famille vivant dans une maison à température constante de 15˚C et une famille pour laquelle 25˚C est la température de l’habitation. Ceci étant pour une période de temps donnée.

Pour ce faire, il faudrait élaborer un régime alimentaire qui serait commun aux deux familles. Il faudrait aussi prévoir un plan régissant les activités physiques. On pourrait alors étudier le phénomène d’accommodation en confirmant la véracité des théories déjà établies sur le sujet.

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