Les déterminants cardio-respiratoires de la performance en moyenne altitude chez des athlètes présentant une hypoxémie induite par l’exercice

« Tous les chemins ne peuvent pas accueillir ces foules de plus en plus considérables » Christian Combet, organisateur de la D600 à La Plagne, à propos de l’augmentation de la fréquentation des trails.

Force est de constater que depuis une quinzaine d’années, les activités d’endurance, voire même d’ultra-endurance suscitent un réel engouement. En 2013, le marathon de Paris a passé la barre des 50 000 participants et les inscriptions ont même dû être limitées. Le nombre de licenciés en triathlon a augmenté de 120% en 10 ans. La pratique des activités sportives de pleine nature n’échappe pas à la tendance bien au contraire. Parmi ces activités, le trail est l’activité qui a connu la plus grande augmentation du nombre pratiquants. Par exemple, le nombre de demandes d’inscription au mythique et réputé Ultra Trail du Mont Blanc (UTMB) a été multiplié par 15 depuis sa 1ère édition en 2003 totalisant plus de 10 000 demandes en 2014. Le phénomène prend une telle ampleur que certaines épreuves affichent même complet plusieurs mois à l’avance. « Il faut d’abord parvenir à s’inscrire avant de penser à courir » a déclaré Christophe Malardé, coureur de haut niveau devenu entraîneur. Actuellement, environ 3 000 trails de toute taille sont organisés sur le territoire français quand ils étaient à peine 850 en 2006, soit une augmentation de plus de 250% ! De la même façon, le ski alpinisme suit le même mouvement avec, il est vrai, un peu plus d’intimité certainement liée à la technicité de la pratique.

Ces disciplines impressionnent par le nombre de kilomètres et le dénivelé parcourus par les pratiquants pendant les courses. Pour exemple, une des courses qui fait référence dans le milieu du trail est l’UTMB : quelques 166 km et 9400 m de dénivelé positif à engloutir ! En 2010, les compteurs s’affolent avec l’apparition d’une nouvelle course, le Tor des Géants : 330 km et 24 000 m de dénivelé positif à parcourir en moins de 150h. Le ski alpinisme comporte aussi des courses mythiques comme la fameuse Pierra Menta : 4 jours de course avec presque 10 000 m de dénivelé positif. Les athlètes de ces disciplines ne cessent donc, au fil des années, de repousser ce qu’il convient d’appeler les limites physiologiques. Christophe Malardé a déclaré à propos des courses en trail : « Les longs formats sont les plus prisés. Chacun commence par la petite distance puis on pousse plus loin, toujours plus loin. Passer des barres kilométriques est gratifiant. Le coureur veut savoir jusqu’où il peut aller. » Pour réaliser de tels exploits, les pratiquants de ces disciplines d’endurance doivent s’astreindre à un entraînement rigoureux. Ainsi, ces athlètes entrainés en endurance développent des niveaux élevés de capacité aérobie qui sont objectivés par des valeurs de consommation maximale d’oxygène (V̇O2max) bien au-dessus de la moyenne. L’atteinte de tels niveaux métaboliques n’est pas sans conséquence. En effet, la moitié des athlètes entrainés en endurance développent une hypoxémie lors d’un exercice au niveau de la mer ; ce phénomène se nomme l’hypoxémie induite par l’exercice (HIE) (Dempsey et Wagner, 1999). Avec la mode des entrainements en hypoxie et l’essor des pratiques d’endurance en montagne, de plus en plus d’athlètes susceptibles de développer une HIE pratiquent en altitude. Il paraît donc pertinent de s’interroger sur les conséquences de la HIE lors d’une exposition à l’altitude et son devenir lorsque l’exposition se prolonge.

Depuis les Jeux Olympiques de Mexico en 1968, il est bien établi que la performance en endurance est diminuée en altitude. Les athlètes HIE n’échappent pas à la loi de l’hypoxie et leurs performances en altitude sont également diminuées. Il a même été suggéré que les athlètes HIE pourraient même voir leur performance diminuée de manière plus importante que des athlètes non-HIE. Cependant, aucune donnée n’existe pour des altitudes réelles proches de 2000 m, environnement dans lequel la majorité des compétitions se déroulent et où se situe la plupart des camps d’entraînement. D’un point de vue mécanistique, si les facteurs limitant la performance commencent à être bien connus en haute altitude, ils le sont moins en moyenne altitude. Le manque de référence pour les athlètes HIE évoluant en altitude modérée réelle est encore plus marqué.

Pour mettre en mouvement les membres et assurer la locomotion, l’organisme transforme l’énergie chimique (adénosine triphosphate : ATP) fournie par les métabolismes en jeu, en énergie mécanique. A l’exercice, l’activité contractile nécessite donc un approvisionnement continu et suffisant en ATP pour assurer le fonctionnement musculaire. Lors d’exercice d’endurance, le métabolisme aérobie représente le principal système de fourniture énergétique, via la production essentielle d’ATP. La production aérobie d’énergie implique nécessairement la consommation d’oxygène (V̇O2) par l’organisme et plus particulièrement par les territoires les plus actifs (muscles sollicités et cœur). Or l’O2 n’est pas stocké dans l’organisme, il doit donc être prélevé dans l’air ambiant et être ensuite acheminé jusqu’à son lieu d’utilisation, les mitochondries et plus particulièrement jusqu’aux mitochondries musculaires à l’exercice. Pour ce faire, après être entré dans les poumons, l’O2 doit traverser la barrière alvéolo-capillaire pour arriver dans le sang où la majorité de l’O2 fixé sur l’hémoglobine est transportée jusqu’aux muscles. Ensuite, l’O2 doit encore passer des capillaires aux mitochondries musculaires pour pouvoir participer à la synthèse d’ATP. C’est donc un long trajet composé de plusieurs obstacles à surmonter que doit parcourir l’O2.

Les différents éléments en présence sont organisés sous forme d’une chaîne et l’ensemble représente une structure couramment appelée chaîne cardio-respiratoire. Elle est constituée de différents maillons qui sont complémentaires : le maillon pulmonaire, le maillon cardiovasculaire et le maillon musculaire.

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Table des matières

INTRODUCTION
I. NOTIONS DE PHYSIOLOGIE INTEGREE A L’EXERCICE
1 Les mécanismes mis en jeu
1.1 Maillon pulmonaire
1.2 Maillon cardiovasculaire
1.3 Maillon musculaire
2 La VO2max et ses déterminants en plaine
II. PERFORMANCE EN ENDURANCE & ALTITUDE
1 Stress hypoxique
2 Réponses pulmonaires à l’altitude
2.1 L’hyperventilation
2.1.1 Mécanismes impliqués
2.1.2 Evolution à l’exercice
2.2 Les échanges gazeux
2.2.1 Shunts pulmonaires
2.2.2 Inégalité du rapport ventilation/perfusion
2.2.3 Limitation de la diffusion alvéolo-capillaire
3 Réponses hématologiques à l’altitude
4 Réponses cardiovasculaires à l’altitude
4.1 Débit cardiaque
4.2 Fréquence cardiaque
4.2.1 Evolution en altitude
4.2.2 Influence du système nerveux autonome
4.3 Volume d’éjection systolique
4.3.1 Evolution en altitude
4.3.2 Contractilité et hypoxie du myocarde
4.3.3 Diminution de la précharge
4.3.4 Augmentation de la postcharge
CONCLUSION