L'augmentation de l'altitude est associée à des changements significatifs dans les conditions environnementales qui influencent la performance physique notamment dans les sports d'endurances
La diminution de la pression atmosphérique entrainant la baisse de la densité de l'air sont deux facteurs cruciaux qui affectent la capacité du système ventilatoire à fournir de l'oxygène (O2) aux muscles impliqués dans l'effort.
Cet article examine comment ces deux facteurs interagissent pour réduire la disponibilité de l'O2 et la capacité inspiratoire, entraînant des conséquences délétères pour la performance physique.
Introduction
À mesure que l'on s'élève en altitude, la pression atmosphérique diminue, entraînant une réduction de la pression partielle de l'oxygène (PaO2) dans l'air ambiant.
Simultanément, la densité de l'air diminue, ce qui affecte la capacité inspiratoire et expiratoire des individus.
Ces deux phénomènes combinés vont avoir un impact majeur sur la performance physique, en particulier lors d'activités d'endurance.
La Diminution de la Pression Atmosphérique et la PaO2
La pression atmosphérique au niveau de la mer est d'environ 1013 hPa, tandis qu'à des altitudes élevées, cette pression diminue.
Par exemple, à 3000 mètres d'altitude, la pression atmosphérique est d'environ 700 hPa, ce qui entraîne une réduction significative de la PaO2.
La loi de Dalton stipule que la pression partielle d'un gaz est proportionnelle à sa fraction dans un mélange de gaz.
Ainsi, à une altitude élevée, la pression partielle d'oxygène est également réduite, limitant l'oxygène disponible pour la diffusion dans le sang.
Impact du Gradient de Pression sur la Diffusion de l'Oxygène
La diffusion de l'oxygène dans le sang repose sur le principe de la cascade d'oxygène, qui décrit comment l'oxygène se déplace des zones de haute pression (dans l'air ambiant) vers des zones de basse pression (dans le sang).
À des altitudes plus élevées, la réduction de la pression atmosphérique entraîne une diminution du gradient de pression entre l'air alvéolaire et le sang.
Ce gradient est essentiel pour une diffusion efficace de l'oxygène ; une réduction de ce gradient limite donc la quantité d'oxygène qui peut être diffusée dans le sang (saturation de l'hémpglobine en O2)
En conséquence, les muscles en activité reçoivent moins d'oxygène, ce qui peut compromettre la performance, en particulier lors d'exercices d'endurance.
Impact de la Diminution de la Densité de l'Air sur les Capacités Inspiratoires et Expiratoires
La diminution de la densité de l'air à haute altitude a également un impact direct sur les capacités inspiratoires et expiratoires.
En raison de la réduction de la densité, le volume d'air que les poumons peuvent contenir et échanger devient moins efficace.
Dans l'air, les molécules sont en mouvement constant et occupent un certain volume.
Quand nous parlons de réduction de la pression atmosphérique, cela signifie que le nombre de molécules d'air par unité de volume diminue, mais cela ne signifie pas nécessairement qu'il y a "du vide" au sens absolu.
L'entrainement des muscles ventilatoires comme facteur X de performance
Ci dessous le récapitultif des resultats obtenus lors de tests spirométriques inspiratoires effectués par le groupe d'athlètes suivant le protocole ventilatoire
On note tout d'abord l'évolution des capacités inspiratoires entre le début du programme d'entrainement ventilatoire (Avril /Juillet)
Ce protocole reposait à la fois sur un travail de :
Conscientisation,
Mobilisation et coordination des muscles ventilatoires en isocapnie
Un travail inspiratoire a résistance variable
Les tests en Altitude
ont été réalisés à 2150m alors que ceux en plaine à environ 450m d'altitude.
Les tests en Altitude
laissent apparaitre une baisse notable du volume inspiratoire de 0,8 L soit près de 20%
On note aussi que le meme jour que celui du dernier test en altitude, il a été réalise un "test contrôle" à 450m d'altitude qui à recouvré les valeurs moyennes d'avant le protocole réalisé en altitude.
On peut donc estimer que la perte moyenne de volume ventilatoire pour ce groupe de 8 athlètes est de 0,8 l
Si on retranscrit cela de façon analytique dans un monitoring d'exercice avec une analyse d'échange gazeux, on retrouve donc:
une perte de Volume courant (Tv)
ce qui entraine nécessairement
une hausse de la fréquence ventilatoire (Rf)
afin de compenser le volume total (Ve)
Ceci n'est pas sans effet car la hause de la Rf va mécaniquement abaisser l'effet Bohr et de fait diminuer l'extraction de l'oxygène musculaire
Une moins grande quantité d'oxygène qui va:
Abaisser les seuils ventilatoires
Diminuer la capacité d'utlisation maximale de l'O2 le corps
A cela, il faut ajouter la hausse du cout énergétique de la ventilation (réflexe métabolique ventilatoire) avec l'augmentation mécanique de la fréquence ventilatoire pour compenser la baisse du volume courant (Tv)
Tout ceci vient donc corroborer que l'altitude est un discriminant de la performance en agissant défavorablement aussi sur le volume ventilatoire total (Ve) avec la baisse de la densité de l'air.
Les causes de la baisse de la capacité ventilatoire en altitude
Voici quelques points pour mieux comprendre :
Nature des gaz :
Les gaz sont composés de molécules qui sont en mouvement libre.
Les molécules d'air, bien qu'elles soient très proches les unes des autres, ne sont pas en contact constant comme des solides. Elles se déplacent et se dispersent dans l'espace disponible.
Pression et densité :
La pression d'un gaz est le résultat des collisions des molécules de gaz avec les parois d'un contenant ou d'un volume donné. Si on diminue la pression (par exemple, en montant en altitude), cela signifie que les molécules sont moins fortement compressées et qu'il y a moins de collisions. Cela peut donc donner l'impression qu'il y a "du vide".
Espace entre les molécules :
Même à pression atmosphérique normale, il y a beaucoup d'espace vide entre les molécules d'air.
Cet espace est plein de vide quantique et d'autres effets, mais d'une manière pratique, on peut le considérer comme "du vide".
Lorsque la pression diminue, cet espace entre les molécules peut sembler plus important, car il y a moins de molécules présentes.
Pas de vide absolu :
En physique, le vide absolu est une notion théorique où il n'y a aucune particule.
Dans le cas de l'air, même à haute altitude où la pression est plus basse, il reste encore des molécules d'air présentes, mais en moindre quantité.
Cela signifie qu'à chaque inspiration, moins d'air entre dans les poumons, et par conséquent, moins d'oxygène est disponible pour être absorbé.
En plus, cette réduction dans le volume d'air disponible influence la capacité d'expulsion de l'air vicié, ce qui complique encore la respiration.
La combinaison de ces effets signifie que non seulement:
Qu'il y a moins d'air qui arrive aux alvéoles,
Mais également que la diffusion de l'oxygène est entravée par un gradient de pression moins favorable.
En somme, cela entraîne une hypoxie relative qui peut se traduire par une fatigue accrue et une performance physique diminuée, en particulier lors d'activités d'endurance.
Conséquences sur le Système Ventilatoire
La capacité du système ventilatoire à permettre la diffusion de l'oxygène dans le sang est directement affectée par la baisse de la PaO2 et de la densité de l'air.
Les mécanismes de compensation, tels que l'augmentation de la fréquence ventilatoire et du volume courant, peuvent aider à augmenter la quantité d'air inspiré, mais ils ne suffisent souvent pas à compenser cette déficience en oxygène (et augmente le cout énergétique du réflexe métabolique ventilatoire, et donc dimunue de ce fait le rendement énergétique) surtout lors d'exercices d'intensité élevée supérieur au SV2.
En conséquence, les athlètes peuvent éprouver une fatigue prématurée et une diminution de leur performance en raison d'une hypoxie relative.
Conclusion
Les effets de l'altitude sur la performance physique sont complexes et résultent de l'interaction de plusieurs facteurs physiologiques.
La diminution de la pression atmosphérique et de la densité de l'air entraîne une réduction significative de la PaO2 et de la capacité inspiratoire.
Ces deux effets combinés créent un environnement délétère pour la performance, en limitant la disponibilité et l'apport d'oxygène aux muscles en activité.
Pour les athlètes s'entraînant ou concourant en altitude, une compréhension approfondie de ces mécanismes est essentielle pour optimiser la performance et développer des stratégies d'adaptation (ajouté à cela la nutrition spécifique et une complémentation en fer)
L'entrainement des muscles ventilatoires (coordination, mobilisation) associé un protocole spécifique en resistance inspiratoire variable couplé à un travail orienté sur les stratégie ventilatoires associées à la typolgie d'effort (stochastiques ou continu,à récupération complète ou incomplète) est la gage d'une performance optimale
La nécessité d'établir un profil ventilatoire à la manière du profil de puissance apparait donc plus que jamais comme un lévier de performance incontournable (lire article ici)
Un prochain article fera l'objet de l'étude et l’évolution de capacités ventilatoires développées après un entrainement ventilatoire en altitude et ses effets directs sur la force expiratoire et la notable amélioration de la Puissance expiratoire en 1s (Fev1)
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