Limites Respiratoires Limites Respiratoires

de la Performance de la Performance

AérobieAérobie

Composantes fonctionnelles de la Composantes fonctionnelles de la ppperformance aérobieperformance aérobie

Chez le sujet sain

1°) La Fct° cardiaque (Limite principale)1 ) La Fct cardiaque (Limite principale)- Irrigation, apport de l’O2

- avec l’ENT (Volume Ejection Systolique+++)

2°) La Fct° musculaire- Volume musculaire

C ité d ti ( it h ill i ti ti ité ti- Capacité oxydative (mitoch, capillarisation, activité enzymatique,extraction de l’O2, typologie…)

- avec l’ENT

3°) La Fct° respiratoire- longtemps considérée non limitante mais remise en question

IIIIAspects généraux de la Aspects généraux de la

fonction respiratoirefonction respiratoirefonction respiratoirefonction respiratoire

La fonction respiratoireLa fonction respiratoire

Apport d’O2 et élimination de CO2 Métabolisme de l’organisme

Respiration:- trajet de l’air dans les voies aériennes- mouvements et mécanique respiratoiremouvements et mécanique respiratoire- régulation- diffusion alvéolo-artérielle- transport des gaz dans le sang- transport des gaz dans le sang- échanges tissulaires

Modification avec l’exercice et l’entraînement (+pathologies et vieillissement)Modification avec l exercice et l entraînement (+pathologies et vieillissement)

Coût énergétique de la respiration et limites de la performance

Les mouvements respiratoiresLes mouvements respiratoirespp

Mouvements respiratoires = variation de Pressions dans les poumon

=> entrée et sortie d’air du tractus respiratoire

Mouvements respiratoires grâce à:

- l’action des muscles respiratoires

- propriétés élastiques du système respiratoire (poumon, plèvre, cage thoracique)

Muscles respiratoiresMuscles respiratoirespp

Mouvement d’entrée et de sortie mise en jeux des muscles respiratoires

Ventilation modérée :- Inspiration: Diaphragme+++ et muscles intercostaux externes- Expiration: relâchement musculaire + force de rétraction élastique pulmonaire

donc passive

Ventilation + intense ~ >50L.min-1 : recrutement des muscles respiratoires accessoires- Inspiration: scalènes, Sterno-cléïdo-mastoïdien- Expiration: intercostaux internes et abdominaux +dorsaux lombaires- Expiration: intercostaux internes et abdominaux +dorsaux, lombaires…

Débit ventilatoire (VE)Débit ventilatoire (VE).

Débit ventilatoire (VE)Débit ventilatoire (VE)

La mobilisation des volumes va déterminer le débit ventilatoire total VE (L.min-1).

VE = VT x fr au repos ~6-7 L.min-1 à l’exercice max 100-120 L.min-1 pour peu actifs150-200 L.min-1 pour endurants

.

Au repos avec Vt ~0,5l et fr ~12-14 cycle.min-1

IIIIVentilation et ExerciceVentilation et ExerciceVentilation et ExerciceVentilation et Exercice

Exercice et Régime ventilatoireExercice et Régime ventilatoire

Représentation en fctReprésentation en fct°° de VCOde VCO22.. ....

--VVEE et Vet VAA ~linéairement~linéairement puis cassure du SVpuis cassure du SV22.. ..

....

Régime Ventilatoire:Régime Ventilatoire:-- VVEE grâce à grâce à de Vde Vtt et fet frr jusqu’à jusqu’à ~ SV~ SV22

-- puis Vpuis Vtt augmente beaucoup moins et faugmente beaucoup moins et fr r

..

Limitations mécaniques pulmonairesLimitations mécaniques pulmonaires

L’ de ventilation pourrait être limitée à l’exercice par les propriétés

mécaniques du poumon:

- débits bronchiques et résistances des voies aériennes

capacité de rétraction élastique du poumon ( li l i )- capacité de rétraction élastique du poumon (compliance pulmonaire…)

- volume pulmonaire

Réserve ventilatoire et entraînementRéserve ventilatoire et entraînement

BR (%) [(VE VE ) / VEBR (%)= [(VE max théorique - VEmax mesurée) / VE max théorique] x 100

VEmax mesurée = mesurée à VO2maxmax mesurée 2max

VEmax théorique :

Soit VEMS 35

Entraînement intensifEntraînement modéré

Soit VEMS x 35

Soit Ventilation Maximale Volontaire sur 12s

Entraînement modérésédentaire

Réserves ventilatoires en théorie jamais

épuisées sauf chez les sportifs d’enduranceD’après B.J.Whipp and R.Pardy modifié, 1986

En théorie, chez les sujets sains il n’y a pas de limitation mécanique de le respiration , j y p q psauf sportifs d’endurance

Coût de l’augmentation du VCoût de l’augmentation du VCoût de l augmentation du VCoût de l augmentation du VTT

ΔVA fort volume, la mêmeaugmentation de volumenécessite de développer

ΔP

nécessite de développerdes variations de pressionplus importantes

Hauts vol pulm

ΔPΔV

PVCLΔΔ

= Intérêt de respirer à basvolumes car W respiratoireBas vol pulm

ΔPvolumes car W respiratoiremoins important

D’après B.Whipp R.Pardy

IIIIIIVentilationVentilationVentilation Ventilation

et Entraînementet Entraînement

Demande Demande vsvs CapacitéCapacité

Avec l’entraînement, la demande énergétique d’exercice ,

les niveaux maximaux de VE aussi (150-200L.min-1)..

Pour éviter d’atteindre les limites de la fonction respiratoire

face à une demande accrue adaptations spécifiques

avec l’entraînement (+++ aérobie).( )

Ventilation et entraînementVentilation et entraînement

Pour un même niveau d’exercice les

j t t î é til t i lsujets entraînés ventilent moins lors

d’exercices modérés à intense (en général

VE/VO2 et VE/VCO2)... . .

2 2)

Les causes possibles sont:

- Sensibilité des centres au CO2Sensibilité des centres au CO2

- Utilisation des lipides ( production CO2)

- Niveau d’acidose (acide lactique)( q )

Débit ventilatoire pour des intensités d’exercices croissantes (D’après Saltin et Astrand, J Appl Physiol, 1967, 23, 353-358)

A t d di i l til tiA t d di i l til tiAvantages de diminuer la ventilation sousAvantages de diminuer la ventilation sous--maximalemaximale

• Améliorer le rendement ventilatoire et diminuer le coût de la

respiration

• Préserver les limites mécaniques du poumon pour atteindre de

hauts niveaux de ventilation suffisants pour une bonne efficacitéhauts niveaux de ventilation suffisants pour une bonne efficacité

respiratoire

IVIVCoût Énergétique de laCoût Énergétique de laCoût Énergétique de la Coût Énergétique de la

VentilationVentilation

Coût de la ventilation d’exerciceCoût de la ventilation d’exerciceCoût de la ventilation d exerciceCoût de la ventilation d exercice

Travail des muscles respiratoires Insp mais aussi Exp pour des ventilations intenses

L’hyperpnée d’exercice Flux sanguin vers ces muscles pour leur dépense énergétique

Travail cardiaque (15% à l’exercice intense)

VOVO22 respiratoire d’exercicerespiratoire d’exercice..

+ VE augmente et + le % de VO2Tot augmente: ~5% pour exercice modéré (VE ~75 L.min-1)~10% pour exercice max (VE ~125 L.min-1)

. ..

.

~15% pour exercice max athlètes endurants (VE >150 L.min-1)

.

Le coût en O2 n’est pas constant, il augmente avec la ventilation( 3-4 ml d’O2 consommé par litre de ventilation)

Composante respiratoire de VOComposante respiratoire de VO22 (Totale)(Totale)..

VO2resp

VO2tot

VO2autre

Relation entre la consommation d’O2 totale et consommation d’O2 liée aux mouvements respiratoires (D’après De Levison et Cherniack, J Appl Physiol)

Coût ventilatoire entraînement et EntraînementCoût ventilatoire entraînement et Entraînement

• La condition physique n’a pasd’influence sur le travail respiratoire ousur le coût en O2 de la ventilation (mld’O2/ L de VE)

T t f i l t î é til t i•Toutefois, les entraînés ventilent moinspour un niveau d’exercice sous-maximaldonné(ex Effort à 150Watts)(ex Effort à 150Watts)

• VO2resp pour ce niveau d’exercice est <Relation entre le travail respiratoire ou la VO2 des muscles respiratoires et le niveau de ventilation à 2resp p

entraînés vs non-entraînésmuscles respiratoires et le niveau de ventilation à l’exercice. Exemple de d’un sujet de 30 ans sédentaire et d’un sujet de 30 ans sportif d’endurance(NB ne pas prendre en compte le sujet âgé de 70 ans)

• Mais à exercice~max :VEmax> 150L.min-1 vs 120 L.min-1

VO à l’exercice très intense

(NB ne pas prendre en compte le sujet âgé de 70 ans)

VO2resp à l exercice très intense(%max) est > chez entraînés vs non-entraînés

Coût énergétique respiratoire et performanceCoût énergétique respiratoire et performance

VO2resp = 15% VO2max compétition de l’apport en O2 entre musclesrespiratoires vs locomoteurs

. .

CompétitionCompétition dudu fluxflux sanguinsanguin à l’exercice très intense vasoconstriction(syst Nerv Symp) au niveau des m. locomoteurs (restriction du flux sanguin)( y y p) ( g )

Travail des muscles respiratoires peut-il altérer la performancemotrice?

Réponse: OUIRéponse: OUI

Harms et al., 2000

Tlim à 90%VO2max chez spotif avec VO2max > 60 ml.min-1.kg-1

•Resp normale

. .

•Resp assistée (Wresp --)•Resp contre résitance (Wresp++)

Ré lt tRésultats:• Avec respiration assistée VO2tot plus faible de la dépense énergétique due à la VentilationTlim est +++ qu’avec resp normale

.

Tlim est +++ qu avec resp normale

• Inversement avec resp résistée car flux sanguin vers les jambes serait et la fatigue musculaire ( de RPE)

.

fatigue musculaire ( de RPE)

Ceci ne semble pas vrai pour des exercices <80%VO2max

Fatigue des muscles respiratoiresFatigue des muscles respiratoires

Fatigue d’un muscle strié = force de contraction et capacité

motrice du muscle

.

Fatigue dépendante de la demande imposée au muscle par rapport à la

capacité du muscle à répondre à cette sollicitation (typologie, capacité

oxydative, capacité de recrutement…)

W respiratoire très important peu amener à une fatigue des musclesW respiratoire très important peu amener à une fatigue des muscles

respiratoires

Fatigue respiratoire et exerciceFatigue respiratoire et exercice

Lors d’un exercice incrémental (épreuve d’effort) donc de courte durée etLors d un exercice incrémental (épreuve d effort) donc de courte durée et

d’intensités croissantes, les muscles respiratoires ne sont pas fatigables(même à VO2max)(même à VO2max)

Exercice continu:- 80-85% de VO2max : ½ sujets présentent une fatigue diaphragmatique

- 90-95% de VO2max : tous les sujets présentent une fatigue diaphragmatique

Fatigue respiratoire apparaît avec des hautes intensités d’exercice et d’une

certaine durée (exercice > 10 minutes et > 85%VO2max).

Fatigue et niveau d’entraînementFatigue et niveau d’entraînement

Cette fatigue survient aussi bien chez les sujets entraînés que non

entraînés

Toutefois, à niveau de fatigue égal, le W respiratoire est plus important

chez les ENT (car VEmax >)

DONC, pour un même travail respiratoire (même VE) les sujets

entraînés sont moins fatigués

.

Cause de la Fatigue respiratoireCause de la Fatigue respiratoire

Liée bien sûr au W respiratoire+++ par rapport à la capacité de ces

musclesmuscles

Métabolites produits par les m locomoteurs (acide lactique H+) seMétabolites produits par les m. locomoteurs (acide lactique, H+) se

retrouvent dans le sg artériel et peuvent être à l’origine d’une acidose

Compétition du flux sanguin entre m. locomoteurs et m. respiratoires

⇒ apport en O2 insuffisant / demandepp 2

⇒ acide lactique ( de sa production, de son oxydation)

Limitation mécaniques pulmonaires (sportifs d’endurance)

⇒ W respiratoire+++

⇒ efficacité des m respiratoires

Implications pour la performanceImplications pour la performance

Hypoventilation alvéolaire => l’apport en O2 (SaO2 et PaO2)

sensation de dyspnée (gêne respiratoire)

Etudes sur la performances par de la charge respiratoire (gaz à

viscosité réduite : He vs N; ou assistance mécanique de VE).viscosité réduite : He vs N; ou assistance mécanique de VE).

En théorie:

⇒ W respiratoirep

⇒ du flux sanguin nécessaire aux m respiratoires ( compétition avec m

locomoteurs)

⇒ sensation de dyspnée

⇒ de la fatigue des m respiratoires ?

Etude chez des rameurs Etude chez des rameurs (Aaron et al)(Aaron et al)

VO2 ~ 5 L.min-1; VE ~150 L.min-1

VE normale vs VE facilitée

Résultats:- 80-85% de VO2max : Tps limites et VO2tot identiques

- 90-95% de VO2max : Tps limites de 40% etVO2tot de 10%

Concl sionConclusion:

Fatigue des m. respiratoires influencerait la perf pour des exercices intenses

(>90% VO )(>90% VO2max)

L’Entraînement des muscles respiratoiresL’Entraînement des muscles respiratoires

Il est basé sur l’existence d’une limitation de la performance locomotrice par la

mise en activité importante des muscles respiratoires (compétition de flux sanguin,

fatigue des muscles respiratoires, voir détails sur diapos précédentes)

Un entraînement spécifique des muscles respiratoires (EMR) pourrait

éli l’ ffi i ( ité d ti ) d l t é taméliorer l’efficience (capacité oxydative…) de ces muscles et par conséquent :

- réduire la compétition du flux sanguin entre les muscles respiratoires et les

l l t à l’ i i tmuscles locomoteurs à l’exercice intense,

- retarder la fatigue des muscles respiratoires à l’exercice,

et ainsi favoriser l’apport et l’utilisation de l’O par les muscles locomoteurs afinet ainsi favoriser l apport et l utilisation de l O2 par les muscles locomoteurs afin

d’augmenter les performances des individus ainsi entraînés

Nouvelle technique dans l’entraînement sportif ?

Embout Buccal

Modification du calibre de la valve inspiratoire => modification de la charge inspiratoireinspiratoirePince nez

Exemple d’un appareil permettant de respirer contre résistances inspiratoires et utilisé pour l’entraînement des muscles respiratoires

Etude chez des sujets sains:

VO2max = 55 ml.min-1.kg-1

25 séances d’EMR (contre résistance à l’inspiration)

30 min/jour et 5j/semaine30 min/jour et 5j/semaine

Résultats: force des m respi, amélioration du temps sur 8 km de course

(+1,8%), même VO2max

Etude sur la vitesse critique

• 8 hommes (sport loisir) : 23 ± 2ans ; 73 ± 7 kg ; 179 ± 7 cm

6 i d’EMR 5 é /• 6 semaines d’EMR : 5 séances/sem10 minutes matin et soir30s respiration contre résistance30 i ti l30s respiration normale

• Tests avant et après EMR:• Tests avant et après EMR:

– Epreuve incrémentale maximale en course à pieds (tapis roulant)

détermination de VMA et VO2max

Détermination des T à 90 100 110 %VMA pré entraînement et de la

.

– Détermination des Tlim à 90, 100, 110 %VMA pré-entraînement et de la Vcrit (modèle linéaire)

RésultatsP é P t Pré

Entraînement Post

EntraînementGain

VMA (km.h-1) 14,2 ±1,3 14,44 ±1,3 ($) 1,8% ±1,9 ($)

VO2Max (ml.kg-1.min-1) 46,12 ±7,3 43,49 ±4,3 4,8% ±9,3

Tlim 90% (s) 743,8 ±252,3 917,3 ±243,7 ($) 26,3% ±18 ($)

Tlim 100% (s) 384,3 ±59,9 454,3 ±103,2 ($) 17,4% ±14,1 ($)

Tlim 110% (s) 227,3 ±24,2 247,3 ±46,3 8,5% ±14,3

Vcrit (km.h-1) 11,39 ±1,1 11,69 ±1,1 ($) 2,7% ±3 ($)

$ = significativement différent entre Pré et Post Entraînement

VMA et VO2max ~ Meilleure efficience respiratoire(entraînement spécifique)

Tli 110 i V til ti ffi t i li é

.

Tlim 110 ne varie pas

Tlim 100 et 90 de 17 et 26%

Ventilation pas suffisamment impliquée

Nets effets de EMR

Amélioration globale de la performance aérobie (VMA, TlimAmélioration globale de la performance aérobie (VMA, Tlim90 90 et et 100100, V, Vcritcrit))

• D’autres études ont aussi montré que des améliorations de laperformance aérobie sur des exercices sous-maximaux ouperformance aérobie sur des exercices sous maximaux oumaximaux étaient liées à une augmentation de la force et del’endurance des muscles respiratoires

• Une diminution de lactatémie pour une intensité d’exercice donnéea été aussi décrite

ConclusionConclusion

Un Entraînement spécifique des muscles respiratoires vaaméliorer la fonction de ces muscles en diminuant le coûténergétique de la ventilation d’exercice et ainsi induire uneamélioration significative de la performance aérobie