Altitude et Entraînement: Dossier

Dans le but d’optimiser la préparation physique et l’entrainement des sportifs, le recours à l’entrainement en altitude voit sa popularité augmenter depuis quelques décennies (depuis les JO de Mexico en 1968 notamment). Le cyclisme ne déroge pas à la règle. En effet, dans un premier temps étudié, proposé et utilisé pour le monde cycliste professionnel, les avancées scientifiques et technologiques permettent désormais à une majorité de cyclistes d’envisager une intégration de ce type d’entrainement dans leur pratique. Il nous parait important de faire un point sur les raisons poussant la communauté scientifique, les entraineurs et le monde du cyclisme en général à prendre en considération cette méthode d’entrainement. Ils se sont alors demandés comment, d’un point de vue physiologique, l’altitude (ou l’hypoxie) pouvait potentialiser les effets de l’entrainement en endurance ; et comment l’utiliser de manière optimale pour augmenter la performance en altitude et au niveau de la mer (< 1000m d’altitude).

La performance dans les sports d’endurance dépend principalement de paramètres physiques et physiologiques (hors aspects psychologiques et technico tactiques). Elle dépend notamment de la consommation maximale d’oxygène (VO2max), du pourcentage de VO2max qui peut être utilisé durant la totalité de l’épreuve (Seuil) et du coût énergétique du déplacement (technique gestuelle). La VO2max correspond à la quantité maximale d’oxygène qu’un sujet peut prélever au niveau des poumons, transporter par le système cardiovasculaire et utiliser par les muscles squelettiques. La performance dans les sports d’endurance est décrite par Di Prampero et al.(1986) par l’équation suivante: Performance ou vitesse (m.min-1) = F.VO2 (ml.min-1 .kg-1) / CE (ml.m-1 .kg-1).

Cette consommation d’oxygène est liée à la différence artério veineuse en 02, qui correspond à la quantité d’O2 consommée par les muscles pour produire de l’énergie (ATP). Pour résumer, cette différence artério veineuse dépend du prélèvement d’O2 au niveau des poumons (capacité de diffusion) ; du transport de l’O2 au niveau du sang (hémoglobine, globules rouges) et du muscle (myoglobine) ; du passage de l’O2 dans le muscle (dissociation de l’O2) et de son utilisation (mitochondries, enzymes). Ainsi, plus ces paramètres physiologiques seront « bons », plus votre capacité de performance sera élevée. L’entrainement aérobie favorise l’amélioration de ces paramètres.

Physiologie de l’altitude:

En altitude, la diminution de l’oxygène disponible résulte de la réduction de la VO2max d’environ 1% pour 100m, au-dessus de 1200/1500mètres. Ceci explique pourquoi il est plus difficile de s’entrainer et de performer à haute intensité en altitude. C’est-à-dire que si vous avez une VO2max de 70 ml/min/kg au niveau de la mer, lorsque vous grimpez un col à 2000m d’altitude, votre VO2max diminue de 5 à 8%, soit entre 62 et 65 ml/min/kg. C’est ce que l’on appelle l’hypoxie, être en manque d’oxygène. En réalité, la fraction d’O2 inspirée (FIO2) reste constante indépendamment de l’altitude, à environ 20,93%. Mais c’est la pression partielle d’O2 (P02) qui diminue (le volume que l’oxygène prend dans le mélange gazeux diminue), du fait de la diminution de la pression barométrique avec l’altitude. Cette baisse de pression barométrique est donc responsable de la diminution de la VO2max (cascade du stress hypoxique).

Ainsi, il existe une classification de l’altitude, renseignant sur les effets qu’elle produit sur l’organisme.

L’altitude possède différents effets (physiologiques) sur les athlètes et impacte leur performance :

L’Érythropoïétine (EPO), est une hormone qui contrôle la production de globules rouges et est considérée comme un indicateur de la performance. L’EPO est présente naturellement dans le corps, sécrétée par les reins. Lorsque l’on est en altitude, il y a une diminution de la saturation en oxygène et en hémoglobine. Ainsi, pour compenser, l’EPO stimule la production de globules rouges permettant d’augmenter l’apport en oxygène et la saturation. Le principe de l’entrainement en hypoxie est donc d’augmenter la sécrétion d’EPO et la masse en hémoglobine (Hbmass). Cependant, il semble que les réponses de l’EPO et de la production de globules rouges à l’altitude varient individuellement (sujets répondeurs ou non répondeurs). Personne ne sait réellement combien de temps ces adaptations hématologiques perdurent, en fonction des caractéristiques physiologiques des sujets et des différentes méthodes utilisées (temps passé en altitude). Ainsi, l’acclimatation à l’hypoxie est un processus complexe qui fait intervenir des adaptations cardiovasculaire, hématologique et musculaire (cf. figure 4 en annexe). Il existe un large débat concernant les mécanismes responsables d’une éventuelle augmentation de la performance au niveau de la mer après un entrainement en hypoxie. Certains associent ces gains de performance aux adaptations hématologiques, quand d’autres les associent aux adaptations non hématologiques (plutôt musculaires). Il convient de lister les potentiels « troubles » ou effets négatifs qu’induit l’altitude :

. Ophtalmologiques (+4% de rayonnement UV par tranche de 300m d’altitude)

. Thermorégulation : diminution de 1°C tous les 150m.

. Hyperréactivité bronchique du fait de la baisse du taux d’humidité dans l’air

. Possibles infections des voies respiratoires (diminution du système immunitaire liée à l’augmentation du taux de cortisol). Le risque infectieux est d’environ 30% à 2000m.

. Troubles du sommeil, mal aigu des montagnes MAM (> 3000m)

. Pertes hydriques

. Augmentation du taux de lactate sanguin dès le début du séjour en altitude (augmentation du métabolisme anaérobie (glycolyse) due à la baisse de la capacité aérobie). Mais cette concentration de lactate diminue après 3-4 semaines d’acclimatation et devient inférieure aux valeurs de la plaine.

. Augmentation des pertes d’eau urinaire et celles dues à l’augmentation de la ventilation, 1L/J (baisse de la rétention rénale). Les apports hydriques doivent alors être de 4 à 5L/J.

. Augmentation de l’utilisation du glucose qui induit d’augmenter l’apport glucidique avant, pendant et après l’exercice.

. Diminution du volume musculaire

A première vue, l’altitude possède de nombreux effets relativement néfastes pour les athlètes et la performance, alors pourquoi l’utiliser pour améliorer la performance ? Mise à part le fait que la diminution de la résistance aérodynamique permet d’améliorer la performance (records de l’heure en cyclisme), l’éventuel gain de performance s’expliquerait alors par des changements physiologiques, basés sur des adaptations hématologiques ou non hématologiques. De nombreuses études ont cherché à démontrer ces hypothèses, et ce pour les différentes méthodes d’entrainement en altitude.

Méthodes d’entrainement en hypoxie :

Méthode LHTH : Live High Train High (Vivre en haut et s’entrainer en haut)

Cette méthode est chronologiquement la première utilisée dans l’entrainement en altitude, mais toujours d’actualité dans certains sports. Elle est utilisée par les athlètes vivant au niveau de la mer et réalisant quelques stages dans l’année avec leur équipe ; ou pour des athlètes vivants déjà en altitude, en Colombie ou au Kenya par exemple. Le principe est simple: vivre et s’entrainer en altitude pour une durée d’environ 3 semaines. Grâce aux processus d’acclimatation, il est acquis que l’entrainement en hypoxie favorise la performance pour des compétitions en altitude. Toutefois, les récentes études émettent de grandes incertitudes quant à l’efficacité de cette méthode, notamment pour réaliser une performance au niveau de la mer (<1000m). Il existe des camps d’entrainement prévus à cet effet (par exemple Font Romeu, Tignes, Sestriere, Sierra Nevada > 1800 m d’altitude).

Voici un exemple de déroulement d’un camp d’entrainement LHTH traditionnel :

Il est donc nécessaire de prendre en compte les effets de l’altitude sur les paramètres physiologiques, impactant la performance des athlètes. Il faut alors adapter les intensités (diminution obligatoire) et les temps de récupération (plus importants) en conséquence :

On observe habituellement 3 phases distinctes :

1) Acclimatation (quelques jours à 1 semaine) : Plus courte si les athlètes effectuent régulièrement un séjour en altitude. On observe une diminution de la performance aérobie (2-28%) et de la VO2max (14-29%) durant cette période. Réajustement des zones d’intensité d’entrainement obligatoire, et augmentation du repos et de l’hydratation. Cette phase est indispensable et conditionne la réussite du stage.

2) Entrainement (2 à 3 semaines voir plus) : Après acclimatation, on observe une diminution de la FC repos et FC sous max et une augmentation de la VO2max et de la performance aérobie (augmentation progressive du volume et de l’intensité ; augmentation de la charge de travail et du temps de récupération entre les répétitions des séances à haute intensité). Mais ces valeurs restent toujours inférieures à celles observées au niveau de la mer !

3) Récupération et préparation au retour en plaine (2-5j) : réduire la charge d’entrainement et optimiser la récupération.

La capacité de performance lors du retour en plaine après ce type de stage est la suivante. On observe une période positive (J+2 à J+4) avec des effets très contrastés selon les athlètes ; une période négative (J+5 à J+12) avec une très faible probabilité de bonne performance, où l’athlète doit se ré-entrainer aux intensités et vitesses spécifiques utilisées couramment en plaine ; une période positive principale (J+15 à J+22-28) où l’on peut programmer la compétition majeure. On observe une faible variation de la condition physique (« plateau » de la forme), une augmentation du rendement, du transport sanguin et un maintien des adaptations ventilatoires. Enfin, une période négative ultime (J+30 à J+33-35) dont les causes sont encore discutées.

Cette méthode a d’abord été utilisée dans le but d’améliorer la performance, en s’appuyant sur l’hypothèse suivante. L’entrainement en hypoxie améliorerait la performance aérobie dans la mesure où le volume total de globules rouges est un facteur clé de la performance; et l’entrainement en hypoxie stimule l’EPO et favorise l’augmentation du volume total de globules rouges.

Mais d’après une méta analyse des études sur le sujet, aucune étude récente (après 1990) n’a pu montrer une amélioration significative de la VO2max après LHTH de longue durée (>3 semaines) à haute altitude (>2000m) chez les athlètes élites. De plus, peu d’études crédibles (biais méthodologiques), ont pu montrer un effet de cet entrainement LHTH sur la performance. Les seules études qui remplissent assez bien les critères méthodologiques montrent que l’amélioration de la performance n’est pas due à des facteurs hématologiques, ni liée à une amélioration du transport de l’oxygène et de la VO2max. Mais elle s’expliquerait par des mécanismes musculaires périphériques, c’est-à-dire par l’amélioration de l’efficience musculaire liée aux différentes adaptations. L’hypothèse la plus plausible semble être l’amélioration du pouvoir tampon (capacité à résister à l’acidose) ainsi que l’augmentation de la performance anaérobie et de l’économie (Mizuno et al, 1990 ; Gore et al, 2001).

Bilan/ conclusion sur la méthode LHTH

Il y a donc une incapacité à conclure sur les effets d’un entrainement en altitude LHTH sur la performance au niveau de la mer. Mais les résultats des études peuvent être expliqués par plusieurs facteurs non standardisés et non reproductibles dans ces études, comme le 1) Statut en fer des athlètes, 2) statut d’entrainement des sujets, 3) les modalités d’entrainement en altitude et de stimulation (dose) hypoxique. Cependant, cette méthode semble pertinente si vous voulez préparer une compétition en altitude (acclimatation).

Méthode LHTL : Live High Train Low (Vivre en haut s’entrainer en bas).

Cette méthode, plus récente, est aujourd’hui la plus répandue dans le cyclisme, qui fait suite aux non consensus et aux faibles résultats des camps d’entrainement LHTH. Les coureurs professionnels l’utilisent depuis quelques années, plusieurs fois dans la saison pour préparer leurs objectifs. Les athlètes effectuent alors des stages où ils dorment en altitude, et s’entrainent plus bas. L’hypothèse de départ est que l’exposition intermittente à l’hypoxie permettrait de bénéficier des effets positifs de l’altitude (meilleur transport de l’02), sans subir de désentrainement (maintien des vitesses et intensités d’entrainement), permettant d’améliorer la performance aérobie (Levine et al. 1997). Ces auteurs, parmi d’autres, ont montré dans leurs études qu’après 4 semaines en LHTL (vie à 2500m d’altitude, entrainements à 1250m), la performance aérobie au niveau de la mer était améliorée, expliquée par des adaptations hématologiques (transport de l’O2) et neuromusculaires. Le fait qu’il n’y ait pas besoin d’infrastructures sportives complexes en altitude constitue donc un atout pour tous les cyclistes voulant effectuer ce type de stage en altitude (moins onéreux), à titre personnel ou en groupe.

Vendredi, @ThibautPinot atterrira à Tenerife où il effectuera jusqu’au 3 février un stage en altitude avec @DavidGaudu, @RudyMolard, @Preidi et @Reichenbach_Seb pic.twitter.com/0QlVaFfRI3

— Équipe Cycliste Groupama-FDJ (@GroupamaFDJ) 17 janvier 2019

Cependant, quelques études montrent que les gains observés seraient plus faibles chez les athlètes élites. Effectivement, l’efficience musculaire serait améliorée dans une moindre mesure, et l’augmentation du volume total de globules rouges resterait marginale. Les athlètes élites subissent davantage l’altitude: la baisse de VO2max est plus importante (débit cardiaque plus important) que pour des sujets non élites. Cela dit, G.Millet et ses collègues ont repris ces études, et en éliminant quelques biais méthodologiques, ils obtiennent tout de même une amélioration de 3 ou 4% de Hbmass (masse en hémoglobine) pour les sujets élites. Il existe alors en moyenne une amélioration de 1% de Hbmass pour 100h d’exposition hypoxique. Pour qu’il y ait cette amélioration, il est indispensable d’avoir un bon statut en fer. Il est désormais préconisé de supplémenter en fer les athlètes qui iront en altitude, à hauteur de 210 mg/jour à partir de six semaines avant le début du stage. Il serait presque inutile d’aller en altitude si le statut en fer est trop bas (ce qui est parfois négligé).

Aujourd’hui, il est possible d’utiliser des techniques artificielles pour réaliser le LHTL : chambres hypoxiques, supplémentation en O2, caisson ou tente hypoxique où l’altitude est simulée par diminution de l’O2 à l’aide de mélanges hypoxiques ou de la réduction de la pression barométrique. Les études menées, afin de déterminer si ces méthodes permettent d’améliorer la performance aérobie et par quels mécanismes, conduisent à des différences dans leurs résultats. Les deux théories « musculaire » (pouvoir tampon, capacité à éliminer l’acide lactique, économie de course) et « du sang » (transport 02, augmentation [Hb] et VO2max) s’opposent alors. Pour certaines études, la VO2max n’augmente pas, pour d’autres si. De même avec le taux d’hémoglobine qui varie ou non selon les études. Les résultats sont quoiqu’il en soit meilleurs que pour la méthode LHTH. La performance aérobie est améliorée de 1 à 4% dans plus de la moitié des études mesurant les effets de LHTL sur cette performance (efforts de 4 à 10min, type c.l.m par exemple). Ces résultats et ces différences pourraient notamment s’expliquer par les protocoles expérimentaux (altitude non optimale ? Dose hypoxique ? Statut en fer ?), les techniques de mesures ou le niveau des sujets. Mais également par le fait qu’il existe des facteurs génétiques (gène HIF-1a), avec des sujets répondeurs ou non répondeurs à l’hypoxie (50% répondeurs selon Robach et al. 2012). C’est ce que l’on appelle la chémosensibilité, c’est à dire la capacité pour un individu de répondre à l’altitude, de détecter qu’il est en altitude ou non. Un bon répondeur va mieux ventiler, moins désaturer. Les réponses à l’acclimatation et à l’entrainement seraient donc individuellement différentes et impacteraient les résultats, pouvant même varier d’une année sur l’autre pour chaque individu ! Quand la performance post-altitude est évaluée, l’effet optimal est différent selon les sujets, et peut survenir à J+4, J+9 ou J+21 (Gore et al. 1998). Le suivi de la performance est donc difficile et délicat à mettre en place et à interpréter.

Dans la mesure du possible, G.Millet recommande de privilégier l’altitude réelle (HH) plutôt que celle simulée (NH). La pré acclimatation est plus efficace en HH qu’en NH. Le stress hypoxique en HH est plus sévère et donc plus à même de conduire aux adaptations hématologiques, ventilatoires et musculaires attendues. Cela dit, il faut prendre en considération le fait qu’en HH la dégradation de la performance est plus importante qu’en NH. Il convient donc de bien adapter les intensités d’exercice.

Bilan sur LHTL :

. Lieu de stage : le plus adéquat possible selon la météo, selon les possibilités de parcours, selon les infrastructures.
. Altitude vie idéale : 2000-2500m (cf. Teide pour les pros) ou chambre hypoxique.
. Entrainement : < 1200m. Durée minimale de 3 semaines, idéale de 4 semaines
. Dose hypoxique : temps passé en altitude > 14 heures/jour dans le cas des chambres hypoxiques
. Placer le stage 14j avant l’objectif.
. Identifier au préalable si possible les sujets non répondeurs.
. Augmentation du temps de récupération
. Augmentation des apports énergétiques, hydriques, en vitamines, et surtout en fer.

Méthode d’entrainement intermittent hypoxique (IHT)

Cette méthode est également appelée LLTH (vivre en bas et s’entrainer en haut).

Hypothèse: L’exposition hypoxique brève (1 à 2h) et intermittente peut stimuler la production d’EPO (pic) et donc potentiellement améliorer la VO2max et la performance (Eckardtet al. 1989). Le stimulus hypoxique associé au stimulus d’entrainement serait supérieur au stimulus hypoxique seul ou à l’entrainement seul. L’altitude est simulée grâce à un appareil comme celui-ci-dessous.

Cette méthode semble surprenante étant donné que le temps passé en hypoxie parait insuffisant pour induire une augmentation de la capacité de transport de l’O2, et que l’intensité de l’entrainement est obligatoirement réduite (comme lors de la méthode LHTH). Des études se sont alors intéressées à l’effet de cette méthode sur la performance. Il semblerait qu’il y ait une légère amélioration de la performance aérobie, mais qui reste incertaine,  explicable par l’utilisation des mêmes intensités absolues d’entrainement entre les conditions hypoxiques et normoxiques dans les études. Or, on sait qu’il faut adapter les intensités lorsqu’on évolue en hypoxie.

Cela dit, l’IHT permettrait d’améliorer la capacité à répéter des sprints (5-10s), conséquence des adaptations musculaires. Mais les études montrent que l’IHT n’est pas plus efficace en condition d’hypoxie qu’en normoxie. En pratique l’IHT se décline comme suit :

. 2 séances par semaine
. Hypoxie simulée : 2500-4000m
. 30-45 min en intervalle training
. Intensité élevée proche du second seuil ventilatoire
. Répétitions longues (6 à 20 min)
. Conserver ses intensités d’entrainement en normoxie (conditions de plaine).

Mais les mouvements et l’espace de pratique restent limités si utilisation d’un système de type AltiTrainer®.

Autres méthodes : de nouvelles perspectives

Millet & Schmitt (2010) proposent de combiner les méthodes d’entrainement en altitude pour obtenir l’effet maximal sur l’amélioration de la performance aérobie en alternant :

. Les nuits en altitude modérée et en plaine (basse altitude) avec un ratio de jours hypoxie/ normoxie de 5-2 ou 6-1.
. Les entrainements réalisés en plaine ou basse altitude (intensité faible à haute) et les entrainements réalisés en altitude (très haute intensité type Intervalle Training) comprenant 2 séances par semaine d’IHT.

Cela découle sur une nouvelle méthode innovante LH-TLH-i : «  vivre en haut et s’entrainer en bas et en haut, de manière interrompue ». Cette méthode alliant le LHTL et le RSH (Repeated sprint training in hypoxia) semble intéressante pour améliorer les performances. Les sprints effectués en hypoxie (intensité maximale de 5 à 15 sec) permettent d’améliorer la capacité à répéter des sprints, sur une durée plus longue qu’en normoxie. Des adaptations moléculaires, une amélioration du flux sanguin et de l’oxygénation du muscle sont à l’origine de ces gains de performance. Cette méthode reste cependant encore peu utilisée par la majorité des cyclistes. D’autant plus que le recours aux méthodes « traditionnelles » d’entrainement en hypoxie ne s’essouffle pas dans le monde du cyclisme.

Conclusion générale

Ci-dessous, une Méta-analyse regroupant de nombreuses études mesurant l’amélioration de la V02max et la performance aérobie, en fonction des méthodes utilisées (naturelle ou artificielle). Il en ressort que la méthode LHTL semble la plus propice à améliorer la performance aérobie. Notamment chez des sujets qui ne sont pas professionnels en condition artificielle. De même, la VO2max semble davantage améliorée grâce à la méthode LHTH chez des sujets non professionnels.

Si les recommandations sont respectées, il y a alors de bonnes chances qu’un entrainement en altitude permette d’améliorer votre performance. Cela requiert une certaine motivation, du sérieux mais aussi du plaisir. La mise en place de stages semble aujourd’hui intéressante pour progresser dans différents domaines : physique et physiologique, psychologique, et éventuellement dans la cohésion de groupe. Tout récemment, Robert Chapman et ses collègues ont construit une éventuelle périodisation des entrainements en altitude (combinés) sur une saison. Celle-ci permet de situer dans le temps les différentes interventions et leurs effets, afin d’optimiser les capacités de performance dans des conditions différentes (altitude, plaine) :

Une autre périodisation, plus ancienne, proposée en fonction du type de sport pratiqué:

Pour résumer, si vous décidez d’effectuer un stage en altitude pour préparer une compétition en altitude, optez alors pour la méthode LHTH. En revanche, si vous voulez préparer une compétition au niveau de la mer (<1000m), privilégiez la méthode LHTL (plutôt naturelle HH). Vous pourrez également faire intervenir différentes méthodes d’entrainement en altitude à différents moments dans la saison, selon vos objectifs. Cela dit, comme montré précédemment, la performance n’en sera pas obligatoirement améliorée, dépendante des nombreux facteurs exposés. Il n’existe pas de « formules magiques », il faut être conscient qu’on parle de gains relatifs, mais qui peuvent faire la différence. Mais d’une manière générale, rien ne vaut l’expérience et la découverte. Cela a le mérite de varier votre entrainement, pouvant jouer sur votre motivation. Au pire des cas, vous aurez fait un stage dans des lieux souvent grandioses, avec du dénivelé, et réalisé un entrainement quantitatif et qualitatif en prime. Rien n’est jamais perdu !

Annexes: