Hypoxie, Entraînement et Performance

Principes de l’hypoxie

L’hypoxie désigne une réduction de la quantité de molécules d’oxygène amenée aux tissus. Cette situation se produit par une baisse de la pression en oxygène (PO₂) induisant une diminution de la diffusion de l’oxygène dans le sang et les tissus.

 Cette PO₂ est égale à la fraction de l’oxygène dans l’air (FO₂) multipliée par la pression barométrique (Pb).

PO₂ = FO₂ x Pb.

En altitude réelle, la fraction d’oxygène dans l’air ambiant reste à 20,93 % mais c’est la baisse de la Pb qui va induire une situation hypoxique via une baisse de la PO₂.

Les générateurs hypoxiques simulent une altitude par extraction l’oxygène de l’air ambiant (baisse de la FO₂). Cette altitude simulée est appelée hypoxie normobarique car elle n’est pas influencée par une différence de pression barométrique.

Les différentes situations hypoxiques conduisent toutes à faire baisser la pression inspiratoire en oxygène (PIO₂) induisant une diminution de fixation d’O₂ sur l’hémoglobine et ainsi une baisse de saturation du sang artériel en O₂ (SaO₂). Cette baisse de SaO₂ entraînant une diminution de l’apport d’oxygène vers les tissus. 

Adaptations physiologiques à l’hypoxie

L’exposition à l’hypoxie est un stress, engendrant des modifications physiologiques sur l’organisme à court terme avec une période d’adaptation aiguë et, à moyen terme, avec une période d’adaptation chronique d’acclimatation à l’hypoxie.

Phase d’adaptation aiguë à l’hypoxie.

La phase d’adaptation aiguë à l’hypoxie dure environ 8 à 10 jours. Dès le début de l’exposition, l’hypoxie induit une hyperventilation afin de compenser le manque d’oxygène dans le sang artériel. Le débit cardiaque (QC) est également augmenté via une augmentation de la fréquence cardiaque (FC) permettant de compenser en partie la baisse de la SaO₂. L’hyperventilation entraîne également une hypocapnie par un rejet trop important de CO₂ provoquant une diminution de la concentration en CO₂ dans le sang et ainsi une augmentation du pH sanguin.

Ces phénomènes conduisent irrémédiablement, après quelques jours, à une baisse du pouvoir tampon et une diminution des capacités d’endurance par une sollicitation plus importante du métabolisme anaérobie à des intensités d’exercice inférieures à celles du niveau de la mer.

Phase d’acclimatation en hypoxie 

L’exposition à l’hypoxie à long terme provoque également une réduction de la prise alimentaire conduisant après quelques semaines à un amaigrissement (Westerterp, 2001). La diminution de la masse musculaire (Hoppeler & Desplanches, 1992) réduit la distance de diffusion de l’oxygène au sein du tissu, conduisant à une amélioration du transport de l’oxygène aux mitochondries.

Cette acclimatation à l’hypoxie induit progressivement une restauration partielle des capacités d’endurance en altitude. Après une acclimatation complète, la FC n’est pas plus haute pour les mêmes intensités au niveau de la mer et la concentration de lactate et même plus basse, c’est le “paradoxe du lactate”. Ces adaptations peuvent conduire à une amélioration des performances au niveau de la mer.

Si certaines études ont montré des effets négatifs sur le niveau de performance des sportifs post stage altitude avec une baisse de VO2max (Favier et al., 1995; Terrados et al., 1988), il est maintenant admis que ces derniers, s’ils sont bien effectués, peuvent conduire à une amélioration des performances aérobies après le stage. Levine & Stray-Gundersen (1997) précurseurs dans la méthode d’entraînement hypoxie « vivre en haut, s’entraîner en bas » (LHTL), ont montré une amélioration de VO2max, de VO2 au seuil lactique, dès la fin du stage et également 21 jours post stage.

Différentes méthodes d’entraînement en hypoxie

Au fil des années, d’après les expériences des entraîneurs et les résultats d’études scientifiques, plusieurs méthodes d’entraînement en hypoxique ont été créées. La méthode traditionnelle « vivre et s’entraîner en altitude » (Living High Training High ; LHTH), les méthodes plus récentes « vivre en haut et s’entraîner en bas » (Living High Training Low ; LHTL) ou « vivre en bas et s’entraîner en haut » (Living Low Training High; LLTH).

La méthode LHTL est actuellement la plus utilisée. L’intérêt de la méthode est de bénéficier des effets physiologiques au cours des périodes de repos en altitude tout en conservant la même qualité entraînement, notamment sur les séances d’intensité une fois la période d’acclimatation effectuée. Cette méthode préconise une altitude entre 2000 et 3000m durant 3 à 4 semaines. En altitude réelle, ces stages demandent un temps non négligeable de transport pour passer de la situation de vie en moyenne altitude à l’entraînement devant s’effectuer à basse altitude. Dépendant du lieu, celui-ci peut s’effectuer en voiture ou en téléphérique mais peut altérer la récupération de l’athlète et demande une logistique importante. L’utilisation de l’altitude simulée peut ainsi constituer une bonne alternative en créant un environnement hypoxique via une tente et un générateur tout en restant dans son environnement habituel d’entraînement.

Ces nouveaux procédés ont permis l’émergence de nouvelles méthodes d’entraînement en hypoxie avec, des expositions passives intermittentes à l’hypoxie (Intermitent Hypoxic Exposition ; IHE), la réalisation de séances complètes d’exercices intermittents en hypoxie (Intermitent Hypoxic Training; IHT), des expositions intermittentes dans la même séance avec une alternance de périodes hypoxiques et normoxiques (entraînement intermittent hypoxique par intervalles ; IHIT). Enfin plus récemment, une nouvelle méthode consiste à effectuer en hypoxie, des répétitions d’efforts maximaux de courte durée (< 30s) entrecoupés de phases de récupération incomplète (Repeted Sprints Hypoxia ; RSH).

Ainsi l’altitude simulée, sous tente ou directement au masque facilite grandement l’accès à l’hypoxie, le contrôle du niveau d’altitude et le monitoring de l’athlète.

Figure 1 : Panorama des différentes méthodes d'entraînement en Altitude/Hypoxie (Girard et al., 2017)

Monitoring en hypoxie

S’il est admis que l’exposition à l’hypoxie est un stress imposé à l’organisme induisant des modifications physiologiques participant à une amélioration des performances sportives, elle génère également une fatigue qu’il faut gérer et ne surtout pas négliger (Roels et al., 2006; Schmitt et al., 2006). Plusieurs paramètres peuvent être suivis afin d’évaluer l’acclimatation à l’altitude et le niveau de fatigue du sportif. La SaO₂ témoigne du stress hypoxique imposé à l’organisme et permet de suivre l’acclimatation à l’altitude, elle peut facilement être enregistrée en utilisant un oxymètre. Le suivi de la variabilité de la fréquence cardiaque par ceinture cardiofréquencemètre permet d’avoir une représentation de la charge interne ressentie face à la charge externe liée au stress de l’environnement hypoxique et à l’entraînement et ainsi de surveiller le niveau de fatigue. Enfin l’hypoxie favorise la déshydratation, le suivi du niveau d’hydratation en utilisant un spectromètre permet de prévenir les pertes hydriques.

Lucas Garbellotto. Phd Avide de découvertes, technophile en herbe !

Bibliographie :

Boutellier, U., Deriaz, O., Di Prampero, P. E., & Cerretelli, P. (1990). V. Aerobic performance at altitude : Effects of acclimatization and hematocrit with reference to training. International journal of sports medicine, 11(S 1), S21‑S26.

Favier, R., Spielvogel, H., Desplanches, D., Ferretti, G., Kayser, B., Grunenfelder, A., Leuenberger, M., Tuscher, L., Caceres, E., & Hoppeler, H. (1995). Training in hypoxia vs. Training in normoxia in high-altitude natives. Journal of Applied Physiology, 78(6), 2286‑2293.

Girard, O., Brocherie, F., & Millet, G. P. (2017). Effects of altitude/hypoxia on single-and multiple-sprint performance : A comprehensive review. Sports medicine, 47, 1931‑1949.

Hoppeler, H., & Desplanches, D. (1992). Muscle structural modifications in hypoxia. International journal of sports medicine, 13(S 1), S166‑S168.

Levine, B. D., & Stray-Gundersen, J. (1997). “Living high-training low” : Effect of moderate-altitude acclimatization with low-altitude training on performance. Journal of applied physiology, 83(1), 102‑112.

Roels, B., Hellard, P., Schmitt, L., Robach, P., Richalet, J. P., & Millet, G. P. (2006). Is it more effective for highly trained swimmers to live and train at 1200 m than at 1850 m in terms of performance and haematological benefits? British journal of sports medicine, 40(2), e4‑e4.

Schmitt, L., Hellard, P., Millet, G. P., Roels, B., Richalet, J. P., & Fouillot, J. P. (2006). Heart rate variability and performance at two different altitudes in well-trained swimmers. International journal of sports medicine, 27(3), 226‑231. https://doi.org/10.1055/s-2005-865647

Terrados, N., Melichna, J., Sylvén, C., Jansson, E., & Kaijser, L. (1988). Effects of training at simulated altitude on performance and muscle metabolic capacity in competitive road cyclists. European journal of applied physiology and occupational physiology, 57, 203‑209.

Vogt, M., Puntschart, A., Geiser, J., Zuleger, C., Billeter, R., & Hoppeler, H. (2001). Molecular adaptations in human skeletal muscle to endurance training under simulated hypoxic conditions. Journal of applied physiology, 91(1), 173‑182.

Westerterp, K. R. (2001). Energy and water balance at high altitude. Physiology, 16(3), 134‑137.