1
Enjeux de l’entraînement de type « Vivre en haut - s’entraîner en bas ». L’exemple de l’étude multicentrique de Prémanon
Recherche multicentrique réalisée par le
Groupe français de recherche sur l’entraînement en hypoxie.sous l’égide du
Comité International Olympiqueet du
Ministère des Sports
Coordination :
Jean-Paul Richalet, coordonnateur du projet scientifiqueLaurent Schmitt, coordonnateur du mouvement sportif
COMITE INTERNATIONAL OLYMPIQUE
Pourquoi s’entraîner en hypoxie ?
HYPOXIE
Stimule l ’érythropoïèseet augmente la capacité
de transport de l ’oxygène dans le sang
Stimule les centres respiratoireset augmente la ventilation pulmonaire
Active le système nerveux autonome et induit une vasculogénèse
Modifie le métabolismemusculaire
2
Mais…
• L’environnement hypoxique nécessite une période d’adaptation (acclimatation)
• L’hypoxie induit une baisse des performances maximales aérobies:- 5% à 2000m- 15% à 3000m- 80% à 8848m !
Caractéristiques physiologiques de l’environnement d ’altitude
Altitude réelle
Chambre hypobare
Chambre hypoxique
Altitrainer
Pbaro
PiO2PaO2
SaO2
FiO2
Fi N2
PiO2 = FiO2 x (Pbaro - PH2O)
Effets physiologiques
Hyp
oxie
hyp
obar
eH
ypox
ie n
orm
obar
e
3
Les méthodes
Procédures d’entraînement en hypoxie actuellement utilisées
I. Entraînement et vie en moyenne altitude (1800-2500m) : centres d’entraînement type
Font-Romeu (France), Belmekem (Bulgarie),
Colorado (USA), etc…
4
Procédures d’entraînement en hypoxie actuellement utilisées
II. Entraînement en faible altitude (<1200m) et
récupération (sommeil) en haute altitude (2500-
3500m): « live high - train low »
- altitude vraie: refuge de haute montagne, station haute de
téléphérique, centre en région montagneuse (Colorado)
- altitude simulée: chambres hypoxiques type Prémanon
(France) ou Pays Scandinaves, tentes hypoxiques individuelles
(Internet)
Procédures d’entraînement en hypoxie actuellement utilisées
III. Entraînement en haute altitude et vie en
basse altitude: « live low - train high »
- altitude vraie: entraînement en station de ski sur
glaciers, résidence en fond de vallée
- altitude simulée: systèmes mélangeurs de gaz (type
Altitrainer® ou Hypoxicator®)
5
Australian experience with exposure of elite athletes to hypoxic environments
Michael AshendenAustralian Institute of Sport, Canberra.
It is an area of the AIS Physiology Laboratory
thathas been set aside and
turned into 3 bedrooms.
The partial pressure of oxygen in the House can bemanipulated to allow altitude simulation.
The AIS Altitude House
6
How is the Altitude House used?
• Road Cyclists• Kayakers
• Triathletes• Runners• Rowers• Swimmers
La variabilité
7
Time at 2,500 mBL 30 hrs 14 days 28 days
Ep
o (
% o
f se
a le
vel b
asel
ine)
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
RespondersNon-responders
**
*
*
Epo Increases More in Responders
Chapman et al, J Appl Physiol 85:1448-1456, 1998
- 0:30 - 0:60
Performance Variation in Responseto 4 weeks of Altitude Training
Change in Sea-Level 5,000 m Time After Altitude Tra ining (min:sec)+2:00 +1:30 +1:00 +0:30 0:00
Fre
quen
cy
0
1
2
3
4
5
6
7Non-Responders (n = 15, 9M, 6F)
∆∆∆∆ 5,000 m time = +24.0 ±±±± 16.2 secResponders (n = 17, 13M, 4F)
∆∆∆∆ 5,000 m time = -36.6 ±±±± 12.0 sec
Chapman et al, J Appl Physiol 85:1448-1456, 1998
8
Volume of Red Cell MassIncreases only in Responders
0
27
28
29
30
31
32
33
34
*
Non-Responders RespondersPre-Alt Post-Alt Pre-Alt Post-AltV
olu
me
of
red
cel
l mas
s (m
l/kg
)
Chapman et al, J Appl Physiol 85:1448-1456, 1998
0
60
65
70
75
Non-Responders Responders
*
Pre-Alt Post-Alt Pre-Alt Post-Alt
#
VO
2(m
l/kg
/min
)
.
.VO2 max Increases
Only in Responders
Chapman et al, J Appl Physiol 85:1448-1456, 1998
9
Time spent at 2,500m
Base-20 hrs 19 days 28 days
EP
O (
% o
f sea
leve
l bas
elin
e)
40
60
80
100
120
140
160
180
200
line
Group responseSubject #1
EPO releaseEPO releasesupressed supressed bybyinfectioninfection(IL(IL--1)1)
La dose
10
Change in Red Cell Mass (n=200)With Different “Altitude” Paradigms
-2%
0%
2%
4%
6%
8%
10%
Control n=11
1 week HC n=7
1 week HC + 2 weeks alt
3 weeks HC n=24
3 weeks Alt n=35
4 weeks 1800-3000m n=43
4 weeks 2500m n=39
p=0.054
p=0.008
p=0.0004.3%
4.3%
7.1%
2.2%
1.5%
-0.5%
7.9%p=0.001
% C
hang
e
HC=hypoxic chamber
From Levine et al., 2002
Un exemple d’étude intégrée
11
L’objectif général de l’étude multicentrique est triple :
Evaluer les modifications physiologiques induites par les différentes modalités d’entraînement en hypoxie et leur impact sur la performance
Hypothèse: Ces méthodes améliorent la performance aérobie
Evaluer la réponse individuelle à l’entraînement en hypoxie
Hypothèse: Il existe des marqueurs physiologiques ou biologiques qui rendent compte de la variabilité individuelle de la réponse à ce type d’entraînement
Evaluer les risques potentiels
Hypothèse: Ces méthodes ne présentent pas de risque pour la santé àcourt ou moyen terme
COMITE INTERNATIONAL OLYMPIQUE
14 équipes scientifiques et 3 fédérations
• ARPE, Laboratoire « Réponses cellulaires et fonctionnelles à l’hypoxie », EA 2363,• UFR de Médecine, Université Paris 13, Bobigny• Centre National de Ski Nordique , Prémanon• Ecole Nationale de Ski et d'Alpinisme, Chamonix• Service de Physiologie Appliquée, Explorations Fonctionnelles Respiratoires, • Hôpital de Strasbourg, Strasbourg• Laboratoire de Biologie des Activités Physiques et Sportives, Faculté de Médecine, • Clermont-Ferrand• EA 3759 – Laboratoire « Approche Bio-Psycho-Sociale du Dopage », • Faculté des Sciences du Sport, Montpellier• Service Central de Physiologie Clinique, CHU de Montpellier• Groupe Rhône-Alpes d’analyse du système nerveux autonome, • St Etienne, Lyon, Grenoble• Institut d’Anatomie, Université de Berne, Suisse.• UFR STAPS, Université de Reims, Reims• Laboratoire National de Dépistage du Dopage,Chatenay-Malabry
Laboratoire de Biochimie, Hôpital Henri Mondor, Créteil• Laboratoire de Neurophysiologie Aérospatiale, IMASSA, Bretigny s/ Orge • Université Blaise Pascal, Clermont-Ferrand• Laboratoire de Biochimie, H.I.A. Bégin, Paris
12
57 personnes ont travaillé sur ce projet
Elodie PONSOT, Stéphane DUFOUR, Stéphane DOUTRELEAU, Evelyne LONSDORFER-WOLF, Bernard GENY, Eliane LAMPERT, Véronique BILLAT, Jean LONSDORFER, Ruddy RICHARD, Hans HOPPELER, Joffrey ZOLL, Paul ROBACH, Laurent SCHMITT, Julien BRUGNIAUX, Gérard NICOLET, Jean-Pierre FOUILLOT, Alain DUVALLET, Jérémy CORNOLO, Stéphane MOUTEREAU, Françoise LASNE, Niels V. OLSEN , Jean-Pierre HERRY, Hugues ZIMMERMANN, Hervé JEANVOINE, Eve TIOLLIER, Edith FILAIRE, Odile MICHAUD, Pascal BURNAT, Charles Yves GUEZENNEC, Belle ROELS, Grégoire MILLET, Philippe HELLARD, Déborah ALIX, Christine LE SCANFF, Fabien LEGRAND, Robin CANDAU, Claire THOMAS, Jacques MERCIER, Rémi MOUNIER, Vincent PIALOUX, Jean COUDERT, Eric CLOTTES, Nicole FELLMANN, Andrzej MAZUR, Yves RAYSSIGUIER, Camillo POVEA, Jean-Claude BARTHELEMY, Vincent PICHOT, David DUVERNEY, Thierry BUSSO, Henri BENOIT, Frédéric ROCHE, André GEYSSANT, Laurent MEISSONIER, Jean-René LACOUR, Anestis ANTONIADIS et Jean-Paul RICHALET.
Groupe d’étude sur l’entraînement en hypoxie
1. Protocole « Strasbourg ». Effet de l’entraînement en hypoxie intégré à un entraînement normoxique chez des coureurs de fond élites (5000m-Marathon).
Entraînement au seuil lactique et /ou à VO2max en hypoxiechez des coureurs de fond élites (altitude simulée 3000m avec un système type Altitrainer): préciser l’efficacitéde diverses modalités d’entraînement (à vitesse maximale d’état stable de la lactatémie et/ou à la vitesse sollicitant VO2max).
Les sujets vivent et dorment au niveau de la mer.
13
2. Protocole « Prémanon ». Effet d'une exposition intermittente à l'hypoxie couplée à un entraînement en basse altitude sur la performance aérobie chez l'athlète de haut niveau (ski nordique, natation, athlétisme demi-fond).
Les objectifs :
1) Vérifier l’innocuité d'une exposition intermittente dans une population d'athlètes d'endurance,
2) déterminer la période optimale d’amélioration de la performance après le stage,
3) déterminer certains indicateurs permettant de prédire la tolérance des athlètes à ce type de préparation physique,
4) rechercher, par l’étude de la variabilité de la fréquence cardiaque, des marqueurs d’intolérance à l’hypoxie ou de surentraînement.
3. Protocole « Montpellier ». Entraînement intermittent en hypoxie en triathlon/cyclisme : applications pratiques, adaptations centrales et périphériques
Définir les modalités optimales de l’entraînement intermittent en hypoxie (mélange hypoxique) chez des triathlètes et des cyclistes élites:bénéfices pour la performance et principales adaptations physiologiques sous-jacentes, centrales ou périphériques.
Hypothèse: l’entraînement intermittent en hypoxie (échauffement et retour au calme en hypoxie) induit un gain de performance supérieur à celui obtenu lors de séances entièrement en hypoxie ou entièrement en normoxie.
14
Centre National de Ski Nordique Prémanon
CHAMBRE HYPOXIQUE - SECURITECHAMBRE HYPOXIQUE - SECURITE
15
EXTRACTION D’ OXYGENE
Ventilateurs absorbeurs de CO2
CHAMBRE DE CONTROLECHAMBRE DE CONTROLE
16
Sécuritédes chambres hypoxiques CNSN
• Chambres hypoxiques avec : Alarmes O2, CO2, SaO2
• Chambre de contrôle pilotant le niveau d’hypoxie des chambres des sujets avec
Alarmes O2, CO2, SaO2
• Médecin de garde ( chambre de contrôle)
Méthodes (ski nordique)
4j 18 nuits (3 x 6 nuits) 12j 3j
3000m
3500m
1200m1200m
� VO2max (tapis roulant)�temps limite à VO2 max
� TFM, TDF� test hypoxie�analyse de sang, VP�questionnaires
Prise de sang, TDF
HypoxieTémoin
Tests
2500m
récupération
� VO2max (tapis roulant)�Temps limite à VO2max
� analyse de sang, VP�TFM, TDF�Test hypoxie�questionnaires
17
Méthodes (natation)
3j 13 nuits 2j 12j 3j
3000m
1200m1200m
� VO2max (ergocycle)� VO2max (nage)� 2000m nage libre�analyse de sang, VP�TFM, TDF�test hypoxie�questionniares
Analyse de sang, TDF
HypoxieTémoinTests
&V&V
2500m
récupération1200m
� VO2max (nage)�2000m nage libre�analyse de sang, VP�TFM, TDF�test hypoxie�questionnaires
�VO2max (ergocycle)� VO2max (nage)� 2000m nage libre�analyse de sang, VP�questionnaires
3j 18 nuits 3j 13j 2j
1200m
3000m
1200m
� VO2max (tapis roulant)� test piste 10 min à 90% de V.M.A.�Analyse de sang, VP�Test hypoxie�TFM, TDF�questionnaires
analyse de sang, TDF
HypoxieTémoinTests
2500m
récupération1200m
Méthodes (athlétisme)
� VO2 max ( tapis roulant )�Test piste 10 mn à 90% VMA�Analyse de sang, VP�TFM, TDF�questionnaires
18
PRE POST-1 POST-1555
60
65
70
75
VO
2max
(ml/m
in/k
g) *
* P<0.05 vs PRE
Hypoxie (n=6)Contrôle (n=6)+9.0%
+4.0%.
+5.8%
+2.8%
P = 0.08
N.S.N.S.
Performance ( VO2max)
Tolérance et acclimatation
19
Désaturation induite par l’exercice en hypoxie (∆SaO2e)
Moindre désaturation à l'exercice (∆SaO2e) à la fin du stage, ce qui est un signe d'acclimatation à l’exercice
en hypoxie.
10
15
20
25
30
35
40
45
GroupeHypoxie
PRE PREPOST
1POST
1
GroupeContrôle
∆Sa
O2e
(%
)
* P<0.05 vs PRE
10
15
20
25
30
35
40
45
PREPRE
POST1
POST1
GroupeContrôle
GroupeHypoxie
* *
10
15
20
25
30
35
40
45
PREPRE POST15
POST15
GroupeContrôle
GroupeHypoxie
* P<0.05 vs PRE
*
Saturation artérielle nocturne (SaO2)
Les nuits dans les chambres hypoxiques entraînent des désaturations, néanmoins même à3500m elles ne sont pas nuisiblesà la santé du sujet.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 188 8
8 9
9 0
9 1
9 2
9 3
9 4
9 5
9 6
n u i t
SaO
2 (%
)
2 5 0 0 m
3 0 0 0 m
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 138 8
8 9
9 0
9 1
9 2
9 3
9 4
2 5 0 0 m
3 0 0 0 m
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 188 8
8 9
9 0
9 1
9 2
9 3
9 4
9 5
9 62 5 0 0 m
3 0 0 0 m
3 5 0 0 m
*
*
p < 0 ,0 5
p < 0 ,0 5
20
Diamètre du ventricule droit en diastole (VD dia)
Pas de dilatation du ventricule droit, classiquement reconnue comme étant proportionnelle au degréd'hypertension pulmonaire (Hultgren et al. 1965).
VD
Dia
(m
m)
0
5
10
15
20
25
30
35
PREPRE POST1
POST1
GroupeContrôle
GroupeHypoxie
0
5
10
15
20
25
30
35
POST1
POST1PRE
PRE
GroupeContrôle
GroupeHypoxie
0
5
10
15
20
25
30
35
POST15
POST15
PREPRE
GroupeContrôle
GroupeHypoxie
Pression artérielle pulmonaire systolique (PAPs)
La PAPs ne varie pas significativement: pas d ’HTAP.
PA
Ps
(mm
Hg)
0
5
10
15
20
25
30
35
GroupeContrôle
PREPRE POST
15POST
15
GroupeHypoxie
0
5
10
15
20
25
30
35
GroupeHypoxie
GroupeContrôle
PRE
PREPOST1
POST1
21
Tolérance et acclimatation
Vivre en haut-s’entraîner en bas• ne présente pas de danger pour la santé des athlètes en dessous de 3500m (évaluée par la clinique, le score de MAM, la SaO2 nocturne, l’échocardiographie).
• peut faire apparaître une acclimatation ventilatoire et cardiaque à l’exercice en hypoxie. Néanmoins cette acclimatation est temporaire (<15 j après la fin du stage).
• cette acclimatation présente des degrés différents selon les individus.
Globalement, les athlètes ont présenté une bonne adaptation à ce type d ’entraînement.
Vivre en haut-s’entraîner en bas
• n'induit pas de développement de symptômes de Mal Aigu des Montagnes.
• semble être susceptible de perturber le sommeil, et d'engendrer de la fatigue (surtout couplée àl'entraînement) si ≥ 3500m.
• semble engendrer des apnées du sommeil chez certains sujets, sans conséquences diurnes.
22
Sécurité médicale CNSN
• Pas d’intervention du médecin de garde lors des nuits d’exposition
• Pas de désaturation majeure
• Pas de déclenchement d’alarme (justifié ou intempestif) maintenance +++
VIVRE EN HAUT – S’ENTRAINER EN BAS
L ’ADAPTATION ÉMOTIONNELLE
DES ATHLÈTES
23
GROUPE NORMOXIE
Les sportifs se sentent «démoralisés » d’appartenir à un groupe moins important (modifications émotionnelles négatives : affectivité négative plus importante, anxiété somatique ressentie comme défavorable, accomplissement de soi moins important que chez les sujets en hypoxie…)
* effet John Henry : effet dû à la sélection opérée (groupe expérimental / groupe témoin)
GROUPE HYPOXIE
• L’appréhension des sportifs affectent leurs émotions (anxiété cognitive des nageurs, affectivité négative des skieurs) en début de protocole
• Réduction des affects négatifs tout au long du protocole et en post-stage
• Réactions psychologiques compensatoires : Effet Hawthorne. Participation à une étude scientifique donne aux sportifs en hypoxie un sentiment « d’importance »
24
CONCLUSION
* Le couplage entraînement-hypoxie n’a pas altérél’affectivité des sujets
* L’hypothèse gain de performance anticipé a provoquéchez eux un sentiment de bien-être et de fiertépersonnelle
CONCLUSIONSGENERALES
25
Entraînement en hypoxie chez le sportif de haut niveau en endurance
HYPOXIE
Stimule naturellement l ’érythropoïèseet augmente modérément la capacité
de transport de l ’oxygène dans le sang
Induit une acclimatation ventilatoiredépendant de la durée
de la stimulation hypoxique
Active le système sympathique et inhibe le parasympathique, mais les variations sont limitées
Entraînement en hypoxie chez le sportif de haut niveau en endurance
HYPOXIE
Améliore la performance aérobiedans des proportions variables
selon le temps et le type d’exposition
Induit des mécanismespermettant une bonne
tolérance à ce type d’entraînementen hypoxie modérée (<= 3000m)
Aucune information n’est pour l’instant disponible sur un marqueur éventuel d’une susceptibilité individuelle
N’induit pas de réactionspathologiques ou psychologiques néfastes
à court et moyen terme
26
Bénéfices de l’interaction science-terrain
Les trois études successives mises en place àPrémanon, (biathlon, natation, demi-fond) nous ont permis d’affiner les modalités optimales de ce type d’entraînement.
Collaboration étroite entre entraîneurs et équipe de recherche.
Biathlon: la fatigue induite par un entraînement trop intensif et une altitude trop élevée(3500m) a pu masquer un éventuel effet positif de l’hypoxie.
Natation: bénéfice induit par l’hypoxie sur la performance mesurée en situation(piscine), mais pas sur les tests en laboratoire (ergocycle) ; globalement les effets de l’hypoxie sont assez faibles, mais hétérogénéité de la population et temps d’exposition trop court .
Demi-fond: résultats très positifs, amélioration de 9 % de la performance en fin de stage (contre 4 % dans le groupe contrôle) ; ce gain moyen de 5 % induit par l’hypoxie est très intéressant pour des sportifs d’un niveau déjàtrès élevé.
27
Entraînement en hypoxie chez le sportif de haut niveau en endurance
En pratique:
Pour la méthode « Vivre en haut, s’entraîner en bas »• 2500m, puis 3000m• 18 à 21 jours• minimum 12h par 24h• effet bénéfique possible 15 jours après
(bénéfice acquis lors de l’entraînement post-stage)
L’aspect éthique
Est-ce la reproduction d’un effet naturel (l’altitude) ?
Est-ce l’utilisation d’une méthode artificielle ?
Favorise-t-elle certains athlètes, certains pays ?
Est-ce dangereux pour la santé ?
Est-ce détectable ?
Peut-on différencier cette méthode d’un stage en
altitude réelle ?