Répétitions de sprints en hypoxie 

Cet article fait référence à l’introduction du mémoire de Master 2 Entrainement et Optimisation de la Performance Sportive parcours Sciences Technologies Mouvement de Alexandre GUTKNECHT réalisé à l’Université de Montpellier (2020/2021) sous la direction de François FAVIER.

Titre du mémoire : L’amélioration de la performance suite à un entraînement de répétitions de sprints en hypoxie est-elle liée au niveau d’oxygénation sanguine lors des sessions d’entrainement ?

Le monde du sport de haut niveau est un milieu très sélectif dans lequel chaque détail compte. Il est demandé aux sportifs d’être de plus en plus performants à chaque compétition.

En parallèle d’innovations matérielles, le sportif cherche à améliorer sa performance en s’entraînant. Afin d’améliorer ses performances, le sportif va suivre des entraînements lui permettant d’accroître ses capacités métaboliques. Il existe plusieurs types d’entraînements plus ou moins chronophages et plus ou moins efficaces.

L’objectif pour un sportif est de suivre un entraînement nécessitant le moins de travail musculaire possible tout en étant le plus efficace possible. 

Pour respecter cette logique, l’entraînement en hypoxie s’est avéré être très intéressant.

L’hypoxie est avérée lorsque la quantité d’oxygène apportée aux organes et aux muscles est insuffisante à la suite d’une hypoxémie (Saturation artérielle en Oxygène SaO₂ < 95%). L’O₂ est acheminé aux tissus par les globules rouges qui contiennent de l’hémoglobine, une protéine capable de fixer l’O₂. 

L’hypoxie peut résulter de plusieurs situations : l’accident de décompression, l’anémie, l’altération de l’hémoglobine, l’intoxication par le monoxyde de carbone ou autres éléments, la pneumopathie chronique, l’hypoventilation volontaire ou non (apnée du sommeil), la cardiopathie congénitale, l’insuffisance cardiaque (insuffisance de fonctionnement de la pompe cardiaque dont la capacité ne suffit plus à envoyer une quantité de sang normale vers les organes, les tissus) et l’altitude.

Dans le cas où la cause est l’altitude, la diminution de pression dans l’air va induire une baisse de pression d’oxygène des poumons aux cellules en passant par les artères (Figure 1).

Lors des Jeux Olympiques de Mexico en 1968, des différences surprenantes de performances sportives ont été observées.

Les sportifs ayant suivi un entraînement en altitude ont montré des performances sportives supérieures aux concurrents ayant suivi le même entraînement mais au niveau de la mer. Ceci débouche sur deux postulats.

Mexico est une ville située à 2300 m d’altitude, les sportifs n’ayant pas été entraînés à une altitude similaire ont vu leurs performances diminuer notamment celles d’endurance. Ceci s’explique par une diminution de 15% de la consommation maximale en oxygène (V̇O₂max), un des facteurs principaux de la performance en endurance (Bassett & Howley, 2000)à cette altitude (Wehrlin & Hallén, 2006).

Deuxièmement, les sportifs ayant suivi un entraînement en altitude se sont avérés être plus performants car ils ont développé des capacités métaboliques adaptées à l’altitude. 

De nombreuses études se sont donc intéressées aux effets de l’hypoxie sur la performance sportive notamment sur la filière aérobie.

En 1969, Roskamm et son équipe ont montré qu’un entraînement continu en hypoxie chez des cyclistes non entraînés conduit à une amélioration de la V̇O₂max (+ 10 à 17% pour le groupe à une altitude simulée normobarique de 3450 mètres vs + 6% dans le groupe en normoxie) (Roskamm et al., 1969).

En 2006 l’équipe de Dufour a montré qu’un entraînement chez des coureurs à pied de 12 sessions de 30 min à 3000 m d’altitude avec une intensité inférieure à V̇O₂max permet une amélioration de 5% de la V̇O₂max et de 35% du temps limite à V̇O₂max alors qu’aucun changement significatif n’a été observé sur le groupe en normoxie (Dufour et al., 2006).

Ainsi, il semble qu’un entraînement effectué en altitude permet d’observer des adaptations plus importantes au niveau du métabolisme aérobie.

Un entraînement en altitude pose le problème de l’intensité relative. En effet, il est nécessaire de prendre en compte les performances moins élevées dues à l’altitude dans le choix de l’intensité.

Par exemple, un sportif voulant maintenir une allure de X % V̇O₂max à une altitude de Y mètres devra se référer à sa V̇O₂max mesurée sur une épreuve effectuée à Y mètres.

Ainsi, l’intensité absolue et donc le travail mécanique seront inférieurs et les allures ne correspondront plus à celles maintenues en compétition.

Pour pallier cela, en 1992, les scientifiques Levine et Stray-Gundersen se sont intéressés à une nouvelle méthode d’entraînement en hypoxie. Elle consiste à effectuer des séances au niveau de la mer et à dormir en altitude, Live High Train Low (LHTL).

Cela permettrait de travailler à une intensité supérieure tout en bénéficiant des avantages de l’altitude (Levine & Stray-Gundersen, 1992). Depuis, plus de 70 études s’accordent à confirmer cette méthode d’entraînement notamment pour les sports à dominante aérobie (Millet et al., 2015).

À la suite de ces travaux en LHTL, les scientifiques se sont intéressés aux potentiels bénéfices d’un entraînement physique en altitude. Ainsi, les travaux de musculation en hypoxie démarrent dans les années 2000  et se montrent concluants (Friedmann et al., 2003).

Ceci pourrait s’expliquer par des adaptations physiologiques qui apparaissent vers 4400 m comme une augmentation du nombre de capillaires par fibre musculaire, de la densité mitochondriale, de la concentration en myoglobine ainsi que de l’activité oxydative enzymatique (Hoppeler & Vogt, 2001).

En 2003, Hendriksen et Meeuwsen ont montré qu’un entraînement chez des triathlètes de 10 sessions aérobies de 1h30 à 2500 m d’altitude améliore la puissance mécanique maximale (Pmax) sur un test Wingate de 5% alors qu’aucun changement significatif n’a été observé sur le groupe en normoxie (Hendriksen & Meeuwsen, 2003). 

La majorité des scientifiques s’est accordée sur le fait qu’un entraînement en hypoxie pouvait améliorer les performances sportives.

De plus, en 2006, l’Agence Mondiale Antidopage autorise les entraînements en altitude simulée afin d’améliorer la performance. En effet, chaque pays ne possédant pas de moyens naturels (Montagne > 2000 mètres) pour générer une hypoxie (hormis l’hypoventilation), il semblerait injuste de l’interdire.

Depuis, l’hypoxie prend de plus en plus de place dans la planification des sportifs de haut niveau. D’après un sondage réalisé par (Turner et al., 2019), pendant les Jeux Olympiques de Londres en 2012 sur 39 coureurs et 20 entraîneurs de l’équipe de Grande-Bretagne, la quasi-totalité des athlètes (98%) et des entraîneurs (95%) ont déclaré avoir eu recours à l’altitude dans leur préparation.

Soixante-quinze pourcents de ces coureurs ont qualifié l’altitude de « très importante » pour leurs entraînements. Les chercheurs se sont ensuite focalisés sur les différentes modalités d’un protocole de préparation physique en hypoxie afin de trouver l’entraînement le plus efficace avec un temps en hypoxie le plus court possible dans le but de limiter les potentiels effets secondaires (Mal Aigu des Montagnes par exemple). 

Aujourd’hui les méthodes d’entraînement en hypoxie permettent de toucher aussi bien les qualités « aérobies » que « anaérobies » (Brocherie et al., 2017).

C’est en 2013 que la méthode de répétitions de sprints en hypoxie (RSH) est proposée par l’équipe de Grégoire Millet. C’est un modèle d’entraînement prometteur et bien toléré (Brocherie et al., 2017).

Le RSH consiste à réaliser plusieurs séries de sprints maximaux avec une durée inférieure à 30 secondes avec des récupérations incomplètes < 60 secondes en condition hypoxique (Faiss et al., 2013). La méthode de RSH permet d’améliorer la résistance à la fatigue tout en ayant un temps d’exposition en hypoxie (altitude simulée de 3000 m) très court.

En 2018, dans l’étude de Beard et son équipe, menée sur 19 rugbymen de niveau international préparant le tournoi des six nations, une amélioration significative de la puissance maximale développée a été observée chez le groupe en RSH après seulement 4 sessions de 30 minutes tandis qu’aucun changement n’a été visible sur le groupe Répétition de Sprints en Normoxie (RSN) (Beard et al., 2018).

Les mécanismes qui entraînent des adaptations après un protocole de RSH restent hypothétiques : meilleure oxygénation musculaire des fibres rapides (qui sont utilisées de manière préférentielle lors d’un protocole RSH) et amélioration du pouvoir tampon  (Millet & Girard, 2020).

L’explication à ne pas écarter est aussi l’effet placebo qui est difficile à contrôler dans le cas d’un protocole RSH. En 2016, l’étude de Montero et Lundby n’observe pas d’amélioration supplémentaire pour le groupe RSH (vs RSN), cette étude a été réalisée en double aveugle avec chaque participant passant dans chaque groupe (Montero & Lundby, 2017)

Un entraînement en RSH permettrait d’améliorer le nombre de sprints effectués lors d’un test de répétitions de sprints : 9,4 ± 4,8 (Pré) vs 13,0 ± 6.2 (Post) sprints, chez le groupe en RSH alors que le groupe contrôle n’a montré aucune amélioration significative du nombre de répétitions de sprints (Faiss et al., 2013).

Dans l’étude de Oriishi et ses collaborateurs, menée sur 15 femmes pratiquant la course à pied à haut niveau, seul le groupe RSH (n = 7 ; Fraction inspirée en Oxygène (FiO₂) = 14,4 % équivalent à 3000 m) a amélioré sa Pmax (p < 0,05) (Oriishi et al., 2018).

De plus, l’étude de Beard et son équipe publiée en 2018 a montré sur 19 rugbymen de niveau international, une amélioration significative de la Pmax chez le groupe en RSH en seulement 4 sessions de 30 min (3 000 m) (Beard et al., 2018).

Une étude de 2018 menée sur des joueurs haut niveau de Rugby a montré également des améliorations en termes de capacité à répéter les sprints (Fornasier-Santos et al., 2018).

Ainsi, même sur des sportifs de haut niveau et avec un entraînement en hypoxie court et intense, des améliorations de performances sont observées. Les améliorations attendues avec un protocole RSH concernent la filière anaérobie. Les effets positifs sur les performances aérobies après un tel entraînement ne seraient que dus au niveau initial bas des individus (Wang et al., 2019).

En effet le RSH est trop court pour générer des adaptations au niveau du métabolisme aérobie.

Pour quantifier la charge d’entraînement lors d’un séjour en altitude (simulée ou non), la notion de dose hypoxique suscite l’intérêt.

Les variables fondamentales qui la définissent comprennent le niveau d’altitude, la durée de l’exposition, la fréquence et le type d’hypoxie (normobare ou hypobare hypoxie) (Wilber et al., 2007).

Cette notion oblige l’utilisateur à trouver l’équilibre entre le surdosage et la dose trop faible. Le surdosage peut être contre productif voire néfaste pour la santé.

En 2014, Navarrete-Opazo et Mitchell expliquent qu’une hypoxie sévère (2 à 8 % FiO₂) peut provoquer des pathologies telles que des œdèmes pulmonaires ou cérébraux (Navarrete-Opazo & Mitchell, 2014).

A l’inverse, une dose trop faible ne permet pas d’observer de bénéfices sur la performance sportive. En 2004, Rusko et son équipe préconisent une exposition minimale de 12 heures par jour pendant 3 semaines à des altitudes de 2000 à 2500 mètres pour espérer observer des adaptations physiologiques (Rusko et al., 2004).

En 2012, Garvican et ses collaborateurs estiment qu’une durée de deux semaines peut suffire dans certains cas à générer des adaptations érythropoïétiques (polyglobulie) (Garvican et al., 2012).

La méta analyse de Bonetti & Hopkins, effectuée sur 51 études, a tenté d’apporter des éléments de réponse sur le sujet de la dose minimale d’altitude pour espérer observer des gains de masse d’hémoglobine (constituant principal des globules rouges, cette protéine a pour fonction de transporter l’oxygène vers les cellules, sa quantité est donc un facteur déterminant de la performance en aérobie (Warren & Cureton, 1989)), il en ressort que les études sur ce sujet doivent prendre en compte l’effet placebo, et donc être réalisées en double aveugle (Bonetti & Hopkins, 2009).

En 2016, Garvican-Lewis LA et son équipe, proposent une nouvelle définition de la dose hypoxique permettant de comparer les séjours en altitude entre eux.

Celle-ci prend en compte le niveau d’altitude ainsi que le temps passé à cette dernière, l’unité est le km . h, où km indique l’élévation de l’exposition en kilomètres et h indique la durée totale d’exposition en heures.

Une corrélation linéaire positive forte (r² = 0,546) a été observée en utilisant ce modèle sur 24 études, entre le gain de masse en hémoglobine (%) et les km . h (Garvican-Lewis et al., 2016). Cette définition semble particulièrement intéressante pour estimer le gain attendu notamment en termes de gain d’hémoglobine.

En pratique, un sportif pourra adapter son temps d’exposition ou l’altitude à laquelle il est exposé en fonction de la formule pour atteindre les gains escomptés. Néanmoins, ce modèle ne peut s’appliquer que pour des altitudes « raisonnables ».

En effet, 1000 heures passées à 100 mètres donnent une valeur de dose hypoxique (1000 x 0,1 = 100 km . h) similaire à un séjour de 50 h à 2000 mètres ou même de 10 heures à 10 000 mètres. De plus, ce modèle ne prend pas en compte les différences interindividuelles en termes de réponses physiologiques.

En 2006, Richardson et ses collaborateurs ont observé chez 10 participants au repos une variation inter sujet de saturation artérielle en oxygène (SaO₂) (gamme SaO₂: 67 – à 86 %), ils ont révélé une corrélation négative significative entre la PiO₂ et les variations de SaO₂ (r² = 0,5), cela signifie que plus l’altitude (réelle ou simulée) est importante, plus les écarts de SaO₂ sont importants (Richardson et al., 2006).

En 2016, Lorente-Aznar et son équipe observent sur 53 participants au repos à des altitudes allant de 0 à 6000 mètres, une variation de SpO₂ de l’ordre de 10 unités pour une même altitude. La prise en compte de la SpO₂ plutôt que le niveau d’altitude semble être nécessaire pour une définition individualisée de la dose hypoxique.

En réponse, la métrique «heures de saturation» a été suggérée en tant que mesure reflétant la charge interne qui prend en compte la durée à laquelle une SpO₂ particulière est maintenue pendant l’exposition hypoxique. La formule est la suivante : (98/s – 1) x  h  x 100), où s représente la valeur moyenne de SpO₂ (%) et h, le temps total d’exposition (h) (Millet et al., 2016).

Pour observer des gains après un protocole en RSH, Millet préconise une altitude de 3000 m (Millet et al., 2015).

A cette altitude, les réponses internes en termes de SpO₂ sont variables, au repos une variation de 10 % a été mesurée (Lorente-Aznar et al., 2016). De plus, l’étude de Woorons de 2005 met en évidence un coefficient de variation de la SpO₂ mesurée de 7,2 % sur des femmes effectuant un effort maximal à 4500 m (Woorons et al., 2005).

Ainsi, en reprenant la réflexion de Millet sur la dose hypoxique, à savoir prendre en compte la SpO₂ pour un entraînement en hypoxie, il en découle que chaque individu recevra une dose hypoxique différente. 

Aujourd’hui aucun protocole en hypoxie n’est individualisé par rapport à ce nouvel aspect de la dose hypoxique. Il serait donc intéressant de voir s’il existe un lien entre la dose hypoxique (proposée par Millet) lors de l’entraînement et les gains de performance engendrés par un protocole de RSH.

Pour rappel, l’article présente uniquement l’introduction du mémoire. Pour accéder au protocole, données ainsi qu’à la discussion du présent document, n’hésitez pas à consulter la publication scientifique dont a fait l’objet ce mémoire en cliquant ici.

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