L’altitude L’altitude (Hypoxie)(Hypoxie) : : réponses et limitations à réponses et limitations à l’exercice, adaptations à l’exercice, adaptations à

Les conditions environnementales

1

l’exercice, adaptations à l’exercice, adaptations à l’entraînementl’entraînement

M1 EOPS : Facteurs limitant la performance sportive

Cours P Mucci

Rappel : Transport de l’OxygèneRappel : Transport de l’Oxygène

Une fois dans les capillaires pulmonaires l’O 2 va être transporté jusqu’aux Tissus parle réseau artériel systémique

- sous forme dissoute : PaO2 ~ 100 mmHgPour 1 mmHg de PaOPaO22 � 0,003 ml d’O2 DISSOUS / 100ml de sang

� 0,003 x 100 = 0,3 ml d’O 2 dissous/ 100ml de sang

2

- sous forme d’oxyhémoglobine : SaO2 ~ 97,5%SO2 = HbO2/ Hb (%)1g de HbO2 � 1,39ml d’O2

[Hb] ~ 15g.dL-1

�1,39 x 15 x 0,975 = 20,3ml d’O 2/100ml de sang liés à Hb

Contenu sanguin en O 2 :(1,39 x [Hb] (g.dL-1) x %SO2) + 0,003 PO2(mmHg)

���� Au niveau artériel : CaO2 ~ 20 ml.dL -1

Diffusion

Convection

Convection

O2CO 2

.

Les étapes du transport et de l’utilisation de l’O2

3

ATP

Diffusion

Convection

2CO O2

CvO2–

Utilisation de l’O 2

CaO2

Qc.

Les pressions partiellesLes pressions partielles

LoiLoi dede DaltonDalton : pression totale exercée par un

mélange de gaz (ie l’air) est égale à la somme des

4

mélange de gaz (ie l’air) est égale à la somme des

pressions partielles exercées par chacun des gaz qui

constituent le mélange

1° étape : Constitution de l’air atmosphérique pour une pression de 760mmHg (= niveau de la mer)

% approximatif pression partielle (mmHg)

Azote (N) 78.6% 597 mmHg

5

Azote (N) 78.6% 597 mmHgOxygène (O2) 20.9% 159 mmHgCO2 0.03% 0.3 mmHgEau 0.46% 3.7 mmHg

2° étape: Changement des sommes des pressions partielles au niveau des alvéoles =

� Augmentation des vapeurs d’eau (rôle du trajet respiratoire)

� Perte d’O2 qui passe dans le sang � Gain de CO2 qui arrive aux alvéoles + VR (air vicié)

6

ALVEOLES % approximatif pression partielle (mmHg)

Azote (N2) 74.9 (78.6) % 569 (597) mmHgOxygène (O2) 13.7 (20.9) % 104 (159) mmHgCO2 5.2 (0.03) % 40 (0.3) mmHgEau 6.2 (0.46) % 47 (3.7) mmHg

Chiffre entre () pression atmosphérique

En résumé :

Diminution des pressions partielles en O2 (PO2) le long du

tractus respiratoire :

PAO = 104 mmHg contre 159 mmHg air atmosphérique

7

PAO2 = 104 mmHg contre 159 mmHg air atmosphérique

Au niveau artériel PaO2 ~ 100mmHg et SaO2~97%

I I -- L’altitudeL’altitude

88

La Pression atmosphérique diminueLa Pression atmosphérique diminue

PB

PB

(mm

Hg)

800

700

600

500

400Everest (8848 m)

Mont Blanc (4810 m)

La PAO2 diminue aussi

10

2000 4000 6000 8000 10000

Altitude (m)

PB

(mm

Hg)

400

300

200

100

0

50

100

PAO

2(m

mH

g)

150

00

(8848 m)

Normoxie

PAO2 = 104

O2

PambO2 = 159

Hypoxie (5500 m, PB≈ 380 mmHg)

PAO2 ≈ 40

O2

PambO2 ≈ 80

Flux d’O

Flux d’O

�PaO2

11

PaO2 ≈ 100PvO2 ≈ 40

O2

PmitoO 2 < 10

PvO2 ≈ 20 PaO2 ≈ 40

O2

PmitoO 2 < 10

Flux d’O

2

Flux d’O

2

� SaO2 avec l’altitude

1212

Réduction Pression inspirée en ORéduction Pression inspirée en O 22 : conséquences physiologiques: conséquences physiologiques

���� PaO2 et ���� SaO2

hypoxie

Marquée ++ à l’effort

13

����CaO2

= 1,39 x [Hb] x SaO 2 + 0,003 x PaO2

13

- ���� de la T° (1°C/150 m)

- ���� des radiations (UV et ionisantes)

- ���� de l’hygrométrie

Autres effets de l’altitude :

14

- ���� de la gravité

- ���� de la densité de l’air

L’humidité de l’airL’humidité de l’air :

�� avec altitude :avec altitude :

�� perte d’Hperte d’H22O O ++++++ surtout pendant effortsurtout pendant effort�� déshydratation rapide en altitudedéshydratation rapide en altitude�� aggravée par hyperventilation aggravée par hyperventilation �� volume plasmatiquevolume plasmatique

15

�� volume plasmatiquevolume plasmatique

�� ViscositéViscosité sanguinesanguine ++++

- Ascension en ballon de Tissandier (1875) ���� 8517 m ���� mort pour 2des 3 aérostiers

- 1ère tentative d’ascension de l’Everest (1924) : Norton atteint 8573

- 1ère ascension répertoriée d’une haute montagne (633) ���� Fujiyama(3776 m, Japon) ���� le moine EN No Chokaku

Historique

16

- 1ère ascension de l’Everest (1953) : Tenzing Norgay et EdmundHillary

- 1ère ascension de l’Everest sans O 2 (1978) : Reinhold Messner etPeter Habeler

- 14 sommets de plus 8000 m ���� 12% de décès/ascension

- 1ère tentative d’ascension de l’Everest (1924) : Norton atteint 8573m (mort de Mallory et Irvine vers 8600 m)

17D’après Richalet J.P., Herry J.P. Médecine de l’alpinisme, Masson édition, Paris 1999

II II –– Réponses Physiologiques aigues à l’altitudeRéponses Physiologiques aigues à l’altitude

1 1 –– La ventilationLa ventilation

���� PIO2

���� PAO2

���� PaO

���� progressive de VE

18

���� PAO2 ���� PaO2

���� PaO2

chémoRcpériphériques

Centresrespiratoires

���� VE

+

+

Théoriquement, elle devrait ���� car air – dense

Mais,e.g. théoriquement elle devrait � de 17% à 4000m

alors qu’elle � seulement de 7% en réalité

Résistance à Résistance à l’écoulementl’écoulement de de l’airl’air dansdans le le tractustractus respiratoirerespiratoire

19

alors qu’elle � seulement de 7% en réalité

Hypoxie ⇒ rétrécissement des V.A. (bronchoconstriction)

� des résistances des voies aériennes

Quand Pb ���� :

� VE ���� pour une même V O2

� VEmax en altitude :

20D’après Pugh. In : Handbook of physiologie, 1964

- ���� jusqu’à ≈≈≈≈ 5000-6000 m

- ���� au-delà (bronchoconstriction)

Diffusion Diffusion alvéoloalvéolo--capillairecapillaire

���� PAO2 et du gradient de

diffusion+

échanges alvéolo-capillaires se font

Repos Exercice

Normoxie

2 2 –– L’oxygénation artérielleL’oxygénation artérielle

21West J.B. and Wagner P.D. Respir. Physiol. 1980, 42: 1-16

���� ���� PaO2

capillaires se font moins bienHypoxie

� PaO2 (Hypoxie et échanges alvéolo-capillaires) �� SaO2amplifiée à l’exercice

22D’après Richalet J.P., Herry J.P. Médecine de l’alpinisme, Masson édition, Paris 1999

� Contenu artériel en O 2 (CaO2)

3 3 –– L’apport en OL’apport en O 22

���� PaO2 et SaO2

hypoxie

���� CaO2

23

���� CaO2= 1,39 x [Hb] x SaO 2 + 0,003 x PaO2

����

apport d’O 2(Qc x CaO 2)

���� Qc pour compenser la baisse de CaO 2

.

Mais limité par Qc max � � VO2max

� VE pour limiter la baisse de CaO2

1 1 -- PolyglobuliePolyglobulie

���� PaO2 et SaO2

hypoxie

� nb GR(= polyglobulie)

���� Hb

III III –– Réponses Physiologiques à l’hypoxie ChroniqueRéponses Physiologiques à l’hypoxie Chronique

24

����CaO2= 1,39 x [Hb] x SaO2 + 0,003 x PaO2

����

����

���� Qc.

���� Qc.

����apport d’O2=(Qc x CaO 2)

.

���� PaO2sécrétiond’EPO (reins)Erythropoietine

+

cellules souchesds moelle osseuse

réticulocytes

���� nb érythrocytes

+

25

D’après Richalet J.P. Herry J.P. Médecine de l’alpinisme, Masson édition, Paris 1999

L’hypoxie chronique :⇒ Hématocrite ����⇒ Concentration hémoglobine ����

Glo

bule

s ro

uges

(m

illio

ns.µ

L-1 )

[Hb]

g.d

L-1

26

Glo

bule

s ro

uges

(m

illio

ns.

[Hb]

g.d

L

Hct

GR

[Hb]

Durée d’exposition à 4500m (semaines)

La polyglobulie est fonction de l’intensité du stre ss hypoxique

(altitude)

INTERETS :

� du nombre de transporteur d’O2

compense partiellement les conséquences de l’hypoxie

27

INCONVENIENTS :

� viscosité sanguine (+ déshydratation)

risque de thromboses et de gelures +++ (Ascension des hauts sommets)

2 2 -- Modifications de la Courbe de Dissociation de Modifications de la Courbe de Dissociation de l’Oxyhémoglobinel’Oxyhémoglobine

100

28

PO2

SO

2(%

)

Hypoxie chronique ( ����2,3-DPG) ���� ���� libération d’O2 au niveau musculaire

Tissus

� Libération d’O2 par Hb

29

D’après Richalet J.P., Rathat C. Pathologie et altitude, Masson édition, Paris 1991

IV IV -- VOVO2max2max et performance aérobieet performance aérobie.

30D’après Cerretelli P. Science et Sports. 1988, 109-117

Pourquoi ?Pourquoi ?

VO2max = Qmax x diff(a-v)O2max

..

31

� CaO2

� gradient de diffusion musculaire

�������� Ou Ou �������� ��������

���� apport max en O2, ���� utilisation max de l’O2

Effet amplifié chez les sportifs d’endurances

32

D’après Terrados N. Int. J. Sport. Med. 1992, 13 (Suppl 1): 206-209

33

D’après Jokl. In: Revue suisse de médecine du sport. 1966, 14: 323-327

Les effets limitants (physiologiques) de l’hypoxie sont > aux effets ergogéniques de l’altitude (densité air, gravité) même après acclimatation

V V –– Entraînement en altitudeEntraînement en altitude

� adaptations induites par l’entraînement, dont :- hématologiques (GR, Hb…)

Principe général basé sur :

Pour se préparer à une compétition en altitude mais souvent pour améliorerles performances en basse altitude

34

- hématologiques (GR, Hb…)- circulatoires (capillarisation…)- cellulaires (enzymes, Mb…)

� majoration par stimulus chronique hypoxique

Recherche d’une ���� du transport et/ou del’utilisation (capacité oxydative musculaire) de l’O 2

3535

� Globalement, ���� de la performance en hypoxie mais les

bénéfices sur la performance en basse en altitude controver sés

11°°)) SéjournerSéjourner etet s’entraîners’entraîner enen HypoxieHypoxie ::

“Living High – Training High” (Cas habituel des Stages en altitude)

36

� Effets bénéfiques, par ex. sur le transport d’O 2 dépendent de la

durée et de l’altitude d’exposition

ex: à 2500m, � EPO après ~1-2 jours et [Hb] après 5-7 jours

à 2000m, il faut 3 semaines

� intensité d’entraînement moindre = forme de désentraîneme nt

� certains individus peuvent souffrir de M.A.M .

� hypoxie sévère continue peut, à l’inverse, ���� capacité oxydative

Mais, Mais, en Hypoxie la capacité de travail physique en Hypoxie la capacité de travail physique �������� ::

37

� hypoxie sévère continue peut, à l’inverse, ���� capacité oxydative

et la masse musculaires

Conclusion : manque de données et de preuves solides des

bénéfices liés à la performance en basse altitude

- Vivre en altitude ���� bénéfices physiologiques de l’acclimatation

(���� du transport de l’O 2…)

22°°)) SéjournerSéjourner enen altitudealtitude etet s’entraîners’entraîner plusplus basbas ::(Living(Living HighHigh--TrainingTraining LowLow))

Principe :

38

(���� du transport de l’O 2…)

- S’entraîner à plus basse altitude ���� préserve les charges

d’entraînement ( ���� capacités physiques d’exercice…)

Levine, B.D. and Stray-Gundersen J. In Hypoxia: From Genes to the Bedside, New York 2001

(Difficultés pratiques de mise en oeuvre)

– Groupe A: vit à 2500m et s’entraîne à 1250m

– Groupe B: vit et s’entraîne à 2500 m

– Groupe C: vit et s’entraîne à 150 m

Levine B.D. and Stray-Gundersen J. (J. Appl. Physiol. 1997, 83: 102-112)

39

VO2max des groupes A et B ���� de 5%La performance (sur un 5000m) ���� que dans groupe A

���� performance ( temps sur un 5000m en course à piedseffectué à basse altitude) par « Living High – Traning Low »associée à :

���� EPO,

� [Hb],

� VO2max,

Chapman RF. J. Appl. Physiol. 1998, 85 (4): 1448-1456

40

� VO2max,

+ intensités d’exercices élevées pendant lesentraînements en plus basses altitudes

Altitude et durées optimales ?

- altitude > 2500-3000 m- durée de séjour > 15 jours- exposition à l’hypoxie > 12h / jour

Mais variabilité individuelle de la réponseMais variabilité individuelle de la réponse

���� identification de 2 groupes (répondeurs, non-répondeurs)

���� réponse hématologique (EPO et Hct + faibles pour les non-répondeurs)

41

D’après Chapman RF. J. Appl. Physiol. 1998, 85 (4): 1448-1456

Effets disparus en ~15 jours

Effets sur la performance anaérobieEffets sur la performance anaérobie

Possibilité d’améliorer la capacité anaérobie mais peu dedonnées pour une conclusion :

� � Déficit Maximal Accumulé d’Oxygène (DMAO)

42

� � Capacité Tampon

- éviter les effets négatifs d’une exposition prolongée à l’h ypoxie

sévère

33°°)) SéjournerSéjourner basbas etet s’entraîners’entraîner enen altitudealtitude ::(Living(Living LowLow--TrainingTraining High)High)

Principe :

43

- diminuer les difficultés pratiques de vivre en hypoxie plus ieurs

heures/ jour

- accentuer le stress hypoxique par l’exercice afin d’augmen ter les

adaptations physiologiques

- 1h/jour (3 fois/semaine sur 3 à 5 semaines) ne suffit pas pour ����

Hct ou [Hb]

- 2 heures/ jour à 2300m d’altitude ne suffisent pas non plus, il

Effets hématologiques :

44

-

faudrait une altitude > 2500m pour des bénéfices significatifs

(disparus en < 9 jours)

Mais Effets musculaires en général significatifs:

���� Activité des enzymes oxydatives

���� [Myoglobine]

45

���� capillarisation

���� densité mitochondriale

Alors que les effets sur la performance sont variables :

� VO2max en hypoxie, mais :

� ou pas (selon les études ) de VO2max en basse altitude

� ou pas des temps limites d’exercice en basse altitude

46

Pour attendre des améliorations significatives, il faudrait :

- altitude > 2500m

- intensités d’entraînement élevée et durée modérée (12-20 min)

- ajouter des entraînement en normoxie (basses altitude)

Champs d’investigation à développer

Mal aigu des Montagnes (M.A.M.)= ensemble de symptômes non spécifiques

CéphaléesInsomnieAnorexie, nausées, vomissementsVertiges, ataxieDyspnée

VI VI -- Troubles liés à l’altitudeTroubles liés à l’altitude

47

Circonstances de survenue :- Tous les sujets potentiels- A leur arrivée à une altitude > 2 500 m

Syndrome bénin le plus souvent

Dyspnée

Diagnostic positif de MAMEvaluation de sa gravité par des scores

- Score de Hackett

Symptômes CotationCéphalées

Nausées ou anorexie 1 point

48

Nausées ou anorexie 1 point

Insomnie

Sensations vertigineuses

Céphalées résistantes aux antalgiques usuels 2 pointsVomissementsDyspnée de repos

Asthénie sévère 3 points

Ataxie

Œdème pulmonaire de haute altitude (OPHA)

���� suit les manifestations d’un MAM

���� apparition au minimum 6h après l’arrivée

���� toux accompagnée d’une expectoration mousseuse, pouls rap ide,cyanose du visage

Œdème cérébrale de haute altitude (OCHA)

49

���� peut être associé à un OPHA

���� hypertension intracrânienne avec céphalées intensesaccompagnées de troubles visuelles et parfois de vomisseme nts

���� troubles de la conscience (confusion mentale, hallucinati ons,obnubilations)

Hémorragie rétinienne de haute altitude���� due à des poussées de pression sanguine causées par l’ex (alt >6000m)