Exercice, Entraînement et Altit due Altitude (Hypoxie)

Exercice, Entraînement et
Altit d (Hypoxie)
Altitude
1
Transport de l’Oxygène
Une fois dans les capillaires pulmonaires l’O2 va
être transporté jusqu’aux Tissus
100
1,5% de l’O2 est transporté sous forme dissoute
Pour 1 mmHg de PO2 Ù 0,003 ml d’O2 DISSOUS /
100ml de sang
g
Î 0,3 ml d’O2 dissous/ 100ml de sang
98,5% transporté sous forme d’oxyhémoglobine
1g de Hb Ù 1,39ml d’O2 avec PO2+++
[Hb] = 15g.dL
15g dL-1
SaO2 pour 100mmHg de PaO2 est de ~97,5%
Î1,39 x 15 x 0,975 = 20,3ml d’O2/100ml de sang
liés à Hb
Contenu en O2:
(1,39 x [Hb](g.dL-1) x %SaO2) + 0,003 PO2(mmHg)
100
2
L pressions
Les
i
partielles
ti ll
Loi de Dalton : pression totale exercée par un
mélange de gaz (ie ll’air)
air) est égale à la somme des
pressions partielles exercées par chacun des gaz qui
constituent le mélange
3
1° étape : Constitution de l’air atmosphérique pour une
pression
i d
de 760mmHg
760
H (= niveau de la mer)
% approximatif
Azote (N)
Oxygène (O2)
CO2
Eau
78.6%
20.9%
0.04%
0.46%
pression partielle (mmHg)
597 mmHg
159 mmHg
0.3 mmHg
g
3.7 mmHg
4
2 étape
2°
étape: Changement des sommes des pressions partielles
au niveau des alvéoles =
9 Augmentation des vapeurs d’eau (rôle du trajet
respiratoire)
9 Perte d
d’O
O2 qui passe dans le sang
9 Gain de CO2 qui arrive aux alvéoles + VR (air vicié)
ALVEOLES
Azote (N2)
Oxygène (O2)
CO2
Eau
% approximatif
74.9 (78.6) %
13.7 (20.9) %
5 2 (0.04)
5.2
(0 04) %
6.2 (0.46) %
Chiffre entre () pression atmosphérique
pression partielle (mmHg)
569 (597) mmHg
104 (159) mmHg
40 (0.3)
(0 3) mmHg
47 (3.7) mmHg
5
En résumé : Changement des pressions partielles: chute PO2
PAO2 = 105 mmHg contre 160 mmHg air atmosphérique
PACO2 = 40 mmHg contre 0,3 mmHg air atmosphérique
6
I - L’altitude
PB
PB
PIO2 = (PB – PH2O) x FIO2
PIO2 = (PB – 47) x FIO2
PB niveau de la mer : 760 mmHg
PB 8000 m : 267 mmHg
PIO2 = (760 – 47) x 0,2093
PIO2 = (267 – 47) x 0,2093
PIO2 = 149 mmHg
H
PIO2 = 46 mmHg
7
800
700
Mont Blanc
(4810 m)
PB (mmHg
g)
600
500
Everest
(8848 m)
400
150
200
100
100
50
0
0
0
2000
4000
6000
Altitude (m)
8000
10000
PAO
O2 (mmH
Hg)
300
50
8
CO 2
O2
Convection
Diffusion
.
Convection
Qc
–
CvO2
CaO2
Diffusion
Utilisation de l’O2
CO 2
O2
ATP
9
Normoxie
Hypoxie (5500 m, PB
≈ 380 mmHg)
PambO2 ≈ 80
PambO2 = 159
PIO2 = 149
PIO2 ≈ 70
PAO2 = 100
PAO
O2 ≈ 40
PaO2 = 95
PvO2 = 40
O2
PmitoO2 < 10
Flu
ux d’O2
O2
Flu
ux d’O2
O2
PaO2 ≈ 37
PvO2 ≈ 20
O2
PmitoO2 < 10
10
Autres effets de l’altitude
l altitude :
- Ì de la T
T° (1
(1°C/150
C/150 m)
- Ê des radiations (UV et ionisantes)
- Ì de l’hygrométrie
- Ì de la densité de l’air
- Ì de la gravité
11
L’humidité de l’air :
Ì avec altitude :
Ö perte d’H
d H2O +++ surtout pendant effort
Ö déshydratation rapide en altitude
Ö aggravée par hyperventilation
ÖViscosité sanguine ++
ÖAggravée par polyglobulie d’altitude (cf § suivant)
12
- 1ère ascension répertoriée d
d’une
une haute montagne (633) Ö Fujiyama
(3776 m, Japon) Ö le moine EN No Chokaku
- Ascension en ballon de Tissandier (1875) Ö 8517 m Ö mort pour 2
des 3 aérostiers
- 1ère tentative d
d’ascension
ascension de ll’Everest
Everest (1924) : Norton atteint 8573
m (mort de Mallory et Irvine vers 8600 m)
- 1ère ascension de l’Everest (1953) : Tenzing Norgay et Edmund
Hillary
- 1ère ascension de l’Everest sans O2 (1978) : Reinhold Messner et
Peter Habeler
- 14 sommets de plus 8000 m Ö 12% de décès/ascension
13
14
D’après Richalet J.P., Herry J.P. Médecine de l’alpinisme, Masson édition, Paris 1999
15
D’après Richalet J.P., Rathat C. Pathologie et altitude, Masson édition, Paris 1991
II - Adaptations
1 - Ventilation
V til ti
Ì PIO2
Ê progressive de VE
Ì PAO2
Ì PaO2
+
chémoRc
périphériques
+
Centres
respiratoires
Ê VE
Ê PAO2
Ê PaO2
16
Résistance à l’écoulement de lair
Théoriquement, elle devrait Ì car air – dense
Mais,
e g théoriquement elle devrait Ì de 17% à 4000m
e.g.
alors
l
qu’elle
’ ll Ì seulement
l
td
de 7% en réalité
é lité
Hypoxie
yp
⇒ rétrécissement des V.A. ((bronchoconstriction))
Ê des résitance des voies aériennes
17
Quand Pb Ì :
9 VE Ê pour une même VO2
9 VEmax Ê avec altitude
- jusqu’à ≈ 5000-6000 m
- Au delà,, VEmax Ì :
D’après Pugh. In : Handbook of physiologie, 1964
18
2 - Diffusion alvéoloalvéolo-capillaire
PAO2 Ì
+
Échanges entre
alvéole et
capillaires se
font moins bien
Ì PaO2 Ö Ì SaO2
19
West J.B. and Wagner P.D. Respir. Physiol. 1980, 42: 1-16
20
Richalet J.P., Herry J.P. Médecine de l’alpinisme, Masson édition, Paris 1999
3 - Polyglobulie
hypoxie
Ê nb GR
(= polyglobulie)
Ì PaO2 et SaO2
Ê Hb
Ì
CaO2
= 1,39 x [Hb] x SaO2 + 0,003 x PaO2
Ì
.
Ê Qc
apport
d’O2
.
(Qc x CaO2)
Ê
Ê
.
Ì Qc
21
cellules
ll l
souches
h
ds moelle osseuse
Ì PaO
P O2
+
sécrétion
d’EPO (reins)
+
réticulocytes
Ê nb érythrocytes
22
Richalet J.P. Herry J.P. Médecine de l’alpinisme, Masson édition, Paris 1999
Globule
es rouges (million
ns.μL-1)
[H
Hb] g.dL
L-1
L’hypoxie chronique :
⇒ Hématocrite
Hé t
it Ê
⇒ Concentration hémoglobine Ê
Hct
GR
[Hb]
Durée d’exposition à 4500m (semaines)
23
La polyglobulie est fonction de l’intensité du stress hypoxique
( ltit d )
(altitude)
INTERETS :
Ê du
d nombre
b d
de ttransporteur
t
d’O2
compense partiellement les conséquences de l’hypoxie
INCONVENIENTS :
Ê viscosité
i
ité sanguine
i (+ déshydratation)
dé h d t ti )
risque de thromboses et de gelures +++ (Ascension des hauts sommets)
24
4 - Modifications de la Courbe de Dissociation de
l’Oxyhémoglobine
l Oxyhémoglobine
SO2 (%)
100
Hypoxie chronique (2,3-DPG) Ù Ê libération
d’O
d
O2 au niveau musculaire
PO2
25
5 - Système cardiocardio-vasculaire
FC
repos
sous- max
max
.
Qc
VES
repos
sousmax
repos
sous- max
max
Hypoxie
chronique
Ö Ê activité sympathique
Ö effet protecteur sur le myocarde ???
Ö Ì vol plasmatique et Ê viscosité + vasoconstriction
26
.
6 - VO2max et performance aérobie
27
D’après Cerretelli P. Science et Sports. 1988, 109-117
Pourquoi ?
.
.
VO2max = Qmax x diff(a-v)O
( )O2max
Ì
ÌVES
Ì
Ì De l’apport en O2
Ì gradient de
diffusion musculaire?
28
29
D’après Terrados N. Int. J. Sport. Med. 1992, 13 (Suppl 1): 206-209
30
D’après Jokl. In: Revue suisse de médecine du sport. 1966, 14: 323-327
III – Entraînement en altitude
Principe général basé sur :
Ö Majoration des adaptations induites par l’entraînement :
- hématologiques (GR, Hb…)
- circulatoires (capillarisation…)
- cellulaires (enzymes, Mb…)
Ö majoration par stimulus hypoxique
Recherche d
d’une
une Ê du transport et/ou de
l’utilisation de l’O2
31
1°) Séjourner et s’entraîner en Hypoxie :
“Living High – Training High” (Cas habituel des Stages en altitude)
Ö Globalement,
Ê de la performance en hypoxie mais les
bénéfices sur la performance en basse en altitude controversés
Ö Effets bénéfiques, par ex. sur le transport d’O2 dépendent de la
durée et de l’altitude d’exposition
ex:
à 2500m, Ê EPO après ~1-2 jours et [Hb] après 5-7 jours
à 2000m, il faut 3 semaines
32
Mais en Hypoxie la capacité de travail physique Ì :
Mais,
Ö intensité d’entraînement moindre = forme de désentraînement
Ö certains individus peuvent souffrir de M.A.M.
MAM
Ö hypoxie sévère peut,
peut à ll’inverse
inverse,
Ì capacité oxydative et la
masse musculaires
Conclusion : manque de données et de preuves solides des
bénéfices liés à la performance
33
2°) Séjourner en altitude et s’entraîner plus bas :
(Living High
High--Training Low)
Principe :
- Vivre en altitude
Ö bénéfices physiologiques de l’acclimatation
(Ê du transport de ll’O
O2…)
- S
S’entraîner
entraîner à plus basse altitude
Ö préserve les charges
d’entraînement (Ê capacités physiques d’exercice…)
(Difficultés pratiques de mise en oeuvre)
Levine, B.D. and Stray-Gundersen J. In Hypoxia: From Genes to the Bedside, New York 2001
34
Levine B.D. and Stray-Gundersen J. (J. Appl. Physiol. 1997, 83: 102-112)
– 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
VO2max des groupes A et B Ê de 5%
L performance
La
f
(
(sur
un 5000m)
5000 ) Ê que dans
d
groupe A
35
Ê performance ( temps sur un 5000m en course à pieds
effectué à basse altitude) par « Living High – Traning
Low » associée à :
Chapman RF.
RF J.
J Appl.
Appl Physiol.
Physiol 1998,
1998 85 (4): 1448-1456
1448 1456
Ê EPO,
Ê [Hb],
[Hb]
Ê VO2max,
et intensités d’exercices élevées pendant les
entraînements en plus basses altitudes
Altitude et durées optimales
p
?
- altitude > 2500-3000 m
- durée de séjour > 15 jours
- exposition à l’hypoxie > 12h / jour
36
Mais variabilité individuelle de la réponse
Ö identification
id tifi ti de
d 2 groupes (répondeurs, non-répondeurs)
Ö réponse hématologique (EPO et Hct + faibles pour les nonrépondeurs)
D’après Chapman RF. J. Appl. Physiol. 1998, 85 (4): 1448-1456
Effets disparus en ~15 jours
37
Effets sur la performance anaérobie
Possibilité d
d’améliorer
améliorer la capacité anaérobie mais peu de
données pour une conclusion :
Ö Ê Déficit Maximal Accumulé d’Oxygène (DMAO)
Ö Ê Capacité Tampon
À confirmer.
38
3°) Séjourner bas et s’entraîner en altitude :
(Living Low
Low--Training High)
Principe :
- éviter les effets négatifs d’une exposition prolongée à l’hypoxie
sévère
- diminuer les difficultés pratiques de vivre en hypoxie plusieurs
heures/ jour
- accentuer le stress hypoxique par l’exercice afin d’augmenter les
adaptations physiologiques
39
Effets hématologiques :
- 1h/jour (3 fois/semaine sur 3 à 5 semaines) ne suffit pas pour Ê
Hct ou [Hb]
- 2 heures/ jour à 2300m d’altitude ne suffisent pas non plus, il
faudrait une altitude > 2500m pour des bénéfices significatifs
(disparus en < 9 jours)
40
Mais Effets musculaires en général significatifs:
Ê Activité des enzymes oxydatives
Ê [Myoglobine]
Ê densité mitochondriale
Ê capillarisation
41
Alors que les effets sur la performance sont variables :
Ê VO2max en hypoxie,
yp
mais :
Ê ou pas (selon les études ) de VO2max en basse altitude
Ê ou pas des temps limites d’exercice en basse altitude
Pour attendre des améliorations significatives, il faudrait :
- altitude > 2500m
- intensités d’entraînement
d entraînement élevée et durée modérée (12
(12-20
20 min)
- ajouter des entraînement en normoxie (basses altitude)
A confirmer.
42
IV-- Préparation d’une compétition en altitude
IV
• Si compétition possible dans les 24h suivant arrivée en altitude:
– Pas
P d’i
d’inconfort
f t notoire,
t i nii d
de dé
dégradation
d ti d
de lla performance
f
• Sinon:
– Entraînement en altitude d’au moins 2 semaines
• Au début capacité d’entraînement réduite de 30 à 40%
• Possibilité d’Ê les charges progressivement
– MAIS acclimatation encore incomplète (4 à 6 semaines pour
acclimatation
li t ti ttotale)
t l )
– DONC, compenser avec entraînement intense avant montée en
altitude
43
V - Troubles liés à l’altitude
Mal aigu des Montagnes (M.A.M.)
= ensemble de symptômes non spécifiques
Céphalées
Insomnie
Anorexie nausées,
Anorexie,
nausées vomissements
Vertiges, ataxie
Dyspnée
y p
Circonstances de survenue :
- Tous
T
les
l sujets
j t potentiels
t ti l
- A leur arrivée à une altitude > 2 500 m
- 6 à 10 heures après leur arrivée
Syndrome bénin le plus souvent
44
Diagnostic positif de MAM
Evaluation de sa g
gravité par
p des scores
- Score de Hackett
Symptômes
Céphalées
Nausées ou anorexie
Insomnie
Sensations vertigineuses
g
Céphalées résistantes aux
antalgiques usuels
Cotation
1 point
2 points
Vomissements
Dyspnée de repos
Asthénie sévère
Ataxie
3 points
45
Œdème pulmonaire de haute altitude (OPHA)
Ö suit les manifestations d’un MAM
Ö apparition au minimum 6h après l’arrivée
Ö toux accompagnée d’une expectoration mousseuse, pouls rapide,
cyanose du visage
Œdème cérébrale de haute altitude (OCHA)
Ö peut être associé à un OPHA
yp
intracrânienne avec céphalées
p
intenses
Ö
hypertension
accompagnées de troubles visuelles et parfois de vomissements
Ö troubles de la conscience (confusion mentale, hallucinations,
obnubilations)
Hémorragie
g rétinienne de haute altitude
Ö due à des poussées de pression sanguine causées par l’ex (alt46>
6000m)