Physiologie de l'exercice en altitude
Introduction
Depuis plusieurs années maintenant, les sports extérieurs sont de plus en plus sécuritaires et accessibles. Cela a poussé plusieurs personnes à s’essayer dans un ou l’autre de ces sports créant ainsi un engouement pour le plein-air. Ceci est particulièrement vrai dans le cas de l’alpinisme. L’alpinisme a donc connu une effervescence nouvelle. Ce sport est cependant différent des autres par l’environnement particulier dans lequel il se pratique. Évidemment, l’alpinisme se pratique en altitude et cette particularité peut causer des problèmes et des effets particuliers sur le corps humain. Nous allons donc explorer les caractéristiques de l’environnement en altitude, les effets sur le corps humain et les moyens d’en prévenir les effets néfastes.
L’environnement en altitude
Les conditions en altitudes sont rendues plus difficiles pour plusieurs raisons. D’abord, plus l’altitude est élevée, plus la pression atmosphérique baisse. Au sommet de l’Everest (8848 mètres), la pression atmosphérique est environ égale au tiers de celle au niveau de la mer. Cela implique que la pression partielle de chaque gaz présent est également largement diminuée. La pression n’est pas la seule chose qui change en altitude. La température y est considérablement plus faible, les rayonnements du soleil y sont plus intenses et moins atténués par l’atmosphère. Les mouvements de l’air y sont également plus fréquents et leur vitesse, plus grande. En gros, plusieurs facteurs environnementaux rendent l’alpinisme et l’ascension d’une montagne plus risqués. Pour de plus amples informations par rapport à l’environnement en montagne, le site docteur clic a dédié une page où l’on retrouve plusieurs articles différents sur chaque aspect abordé [1]. L’impact de cet environnement a d’ailleurs plusieurs effets notables sur la santé humaine.
L’impact sur le système respiratoire et cardiaque
Avant d’aborder le système respiratoire et cardiaque sur lesquels les impacts de l’altitude sont les plus notables, il est important de faire une synthèse du cheminement de l’oxygène dans le corps et comment il peut être affecté.
Le cheminement de l’oxygène
En gros, l’oxygène entre par les voies respiratoires et chemine dans des voies de plus en plus étroites jusqu’à atteindre les alvéoles. Dans ces alvéoles, la pression intérieure des poumons ainsi que le déséquilibre en oxygénation entre les deux milieux (les vaisseaux sanguins et l’intérieur de l’alvéole) force l’échange entre le CO2 et l’O2. L’oxygène est transporté principalement sur l’hémoglobine. Pour de plus amples informations sur le transport exact des gaz respiratoires, le site biowiki offre une excellente vulgarisation du phénomène [2].
La respiration et la fonction cardiaque
Lorsque le corps est en altitude, plusieurs choses dans le cheminement de l’oxygène sont modifiées. Face à la baisse de pression partielle de l’oxygène, le taux sanguin d’oxygène diminue proportionnellement à l’altitude. Le corps réagit alors en augmentant les débits d’oxygène du mieux qu’il puisse. Nous pouvons alors observer une augmentation du débit de sang, par exemple, pour pouvoir utiliser le maximum d’oxygène qui est de moins en moins présent dans le corps. Il est également possible de remarquer que la respiration accélère pour permettre au maximum d’oxygène de pénétrer le sang et les tissus. Toutefois, en alpinisme, un problème supplémentaire s’ajoute à la liste : l’exercice physique. En effet, s’il est vrai qu’au repos, le corps s’acclimate à court terme en augmentant la ventilation, lors de l’exercice, c’est une autre paire de manche. Lors de l’activité physique en altitude, ces mécanismes du corps n’arrivent pas à combler les besoins accrus du corps en oxygène. Cela peut être explicable entre autres par le fait que lors de l’exercice physique, la fréquence cardiaque augmente rapidement laissant moins le temps à l’oxygène de s’accrocher aux molécules d’hémoglobine. Il y a d’autres aspects importants de la respiration en altitude qui sont très bien abordés dans un document du docteur Aroussen Laflamme [3]. Également, dans le système cardiaque, il est possible d’observer une diminution de la fréquence cardiaque maximale (FC max). Chez une personne de 30 ans, elle ne dépasserait pas 130 battements par minute alors qu’au niveau de la mer elle est normalement de 190 battements par minute. Cela fait partie d’un grand nombre d’adaptations que le corps fait pour s’adapter. L’une des adaptations les plus intéressantes se produit cependant à long terme dans le processus d’acclimatation. Lorsque le corps ressent une augmentation de CO2, il va mettre en marche un processus se nommant l’érythropoïèse [4]. Cela crée un plus grand nombre de globules rouges dans le sang augmentant ainsi la quantité totale d’oxygène dans le sang. Nous parlerons plus loin de cette acclimatation.
L’hypoxie
Une des situations les plus fréquentes dans laquelle le corps se trouve en altitude est l’hypoxie. L’hypoxie se produit lorsque le corps se trouve en déficit d’oxygène. Le phénomène est plus amplement décrit dans le document du docteur Lionel Stempfel [5]. L’hypoxie est d’ailleurs une situation qui n’est pas étrangère à tout le monde. Lorsque l’humain est un fœtus, il vit dans des conditions hypoxiques semblables à une altitude de 7000 à 8000 mètres. Cela lui est d’ailleurs un avantage dans son développement. Toutefois, ses capacités d’adaptation au milieu qui lui sont bénéfiques ne sont pas aussi présentes chez l’alpiniste ce qui explique entre autres pourquoi une période d’acclimatation est aussi longue (elle peut durer plusieurs semaines).
Les stratégies d’expédition en haute altitude
L’apogée de l’alpinisme en haute altitude est sans contredit l’ascension de nombreux sommets dont l’Everest en Himalaya. Cette chaine de montagne qui s’étend sur plus de 2400 km et qui s’élève à plus de 8 848 mètres est un défi énorme pour l’acclimatation de l’alpiniste, c’est pourquoi celui-ci doit suivre certaines stratégies afin que tout se déroule sans danger. Avant toute chose, pour pouvoir faire l’ascension d’une montagne tel l’Himalaya, l’alpiniste doit être dans une excellente condition physique, doit posséder le matériel adéquat et la charge doit être la plus légère possible. Ces prérequis étant énoncés, il y a maintenant trois règles simples à suivre qui visent à optimiser une expédition himalayenne sur le plan physiologique.
La première se formule ainsi « ne pas monter trop haut vite, trop haut » [6]. Cette règle est particulièrement applicable en début de séjour, car l’acclimatation de l’alpiniste n’est pas tout à fait développée. En effet, au delà de 3000 mètres, l’alpiniste doit se limiter à monter 400 mètres par nuit en moyenne. Par exemple, si la nuit est passé à 3500 mètres et la deuxième à 4000 mètres, la deuxième nuit devra pas se faire plus en hauteur que 4300 mètres. Cet exemple ne représente pas l’unique façon de gérer sa montée, car chacun doit adapter son effort à ce qu’il ressent de son acclimatation. Cependant, il est important de préserver ses proportions de façon à respecter les phases biologiques auxquels le corps est confronté en haute altitude.
La deuxième règle suggère qu’il faut « monter suffisamment haut pour s’acclimater » [7] ; essentiellement cela signifie le choix judicieux qu’il faut faire pour l’emplacement du camp de base, l’endroit ou passer la nuit. Idéalement, lors d’une montée aussi intense que celle de l’Everest, il est obligatoire d’organiser « un camp d’acclimatation », à une altitude suffisante de façon à laisser le temps à l’organisme du corps de s’adapter. En effet, le corps a besoin d’être préalablement confronté à l’altitude pour stimuler correctement ses mécanismes de défense contre le manque d’oxygène.
« Ne pas rester trop haut, trop longtemps » [8] constitue la troisième règle pour l’ascension de l’alpiniste. L’organisme de l’être humain n’est pas fait pour vivre au-delà de 5500 mètres, car l’organisme tend à se dégrader de façon irrémédiable. Cette dégradation se fait d’autant plus rapidement si les efforts sont très intenses et si l’alpiniste doit y passer une nuit durant cette période. De plus, à cette hauteur l’alimentation se fait difficile, car elle devient insuffisante en raison des pertes hydriques importantes et de la difficulté à digérer les aliments. Ceci dit, pour éviter le danger d’un manque d’oxygène dans le corps et surtout au cerveau, il est préférable de ne pas passer au-delà de huit nuits consécutives en très haute altitude.
Depuis plusieurs années maintenant, les sports extérieurs sont de plus en plus sécuritaires et accessibles. Cela a poussé plusieurs personnes à s’essayer dans un ou l’autre de ces sports créant ainsi un engouement pour le plein-air. Ceci est particulièrement vrai dans le cas de l’alpinisme. L’alpinisme a donc connu une effervescence nouvelle. Ce sport est cependant différent des autres par l’environnement particulier dans lequel il se pratique. Évidemment, l’alpinisme se pratique en altitude et cette particularité peut causer des problèmes et des effets particuliers sur le corps humain. Nous allons donc explorer les caractéristiques de l’environnement en altitude, les effets sur le corps humain et les moyens d’en prévenir les effets néfastes.
L’environnement en altitude
Les conditions en altitudes sont rendues plus difficiles pour plusieurs raisons. D’abord, plus l’altitude est élevée, plus la pression atmosphérique baisse. Au sommet de l’Everest (8848 mètres), la pression atmosphérique est environ égale au tiers de celle au niveau de la mer. Cela implique que la pression partielle de chaque gaz présent est également largement diminuée. La pression n’est pas la seule chose qui change en altitude. La température y est considérablement plus faible, les rayonnements du soleil y sont plus intenses et moins atténués par l’atmosphère. Les mouvements de l’air y sont également plus fréquents et leur vitesse, plus grande. En gros, plusieurs facteurs environnementaux rendent l’alpinisme et l’ascension d’une montagne plus risqués. Pour de plus amples informations par rapport à l’environnement en montagne, le site docteur clic a dédié une page où l’on retrouve plusieurs articles différents sur chaque aspect abordé [1]. L’impact de cet environnement a d’ailleurs plusieurs effets notables sur la santé humaine.
L’impact sur le système respiratoire et cardiaque
Avant d’aborder le système respiratoire et cardiaque sur lesquels les impacts de l’altitude sont les plus notables, il est important de faire une synthèse du cheminement de l’oxygène dans le corps et comment il peut être affecté.
Le cheminement de l’oxygène
En gros, l’oxygène entre par les voies respiratoires et chemine dans des voies de plus en plus étroites jusqu’à atteindre les alvéoles. Dans ces alvéoles, la pression intérieure des poumons ainsi que le déséquilibre en oxygénation entre les deux milieux (les vaisseaux sanguins et l’intérieur de l’alvéole) force l’échange entre le CO2 et l’O2. L’oxygène est transporté principalement sur l’hémoglobine. Pour de plus amples informations sur le transport exact des gaz respiratoires, le site biowiki offre une excellente vulgarisation du phénomène [2].
La respiration et la fonction cardiaque
Lorsque le corps est en altitude, plusieurs choses dans le cheminement de l’oxygène sont modifiées. Face à la baisse de pression partielle de l’oxygène, le taux sanguin d’oxygène diminue proportionnellement à l’altitude. Le corps réagit alors en augmentant les débits d’oxygène du mieux qu’il puisse. Nous pouvons alors observer une augmentation du débit de sang, par exemple, pour pouvoir utiliser le maximum d’oxygène qui est de moins en moins présent dans le corps. Il est également possible de remarquer que la respiration accélère pour permettre au maximum d’oxygène de pénétrer le sang et les tissus. Toutefois, en alpinisme, un problème supplémentaire s’ajoute à la liste : l’exercice physique. En effet, s’il est vrai qu’au repos, le corps s’acclimate à court terme en augmentant la ventilation, lors de l’exercice, c’est une autre paire de manche. Lors de l’activité physique en altitude, ces mécanismes du corps n’arrivent pas à combler les besoins accrus du corps en oxygène. Cela peut être explicable entre autres par le fait que lors de l’exercice physique, la fréquence cardiaque augmente rapidement laissant moins le temps à l’oxygène de s’accrocher aux molécules d’hémoglobine. Il y a d’autres aspects importants de la respiration en altitude qui sont très bien abordés dans un document du docteur Aroussen Laflamme [3]. Également, dans le système cardiaque, il est possible d’observer une diminution de la fréquence cardiaque maximale (FC max). Chez une personne de 30 ans, elle ne dépasserait pas 130 battements par minute alors qu’au niveau de la mer elle est normalement de 190 battements par minute. Cela fait partie d’un grand nombre d’adaptations que le corps fait pour s’adapter. L’une des adaptations les plus intéressantes se produit cependant à long terme dans le processus d’acclimatation. Lorsque le corps ressent une augmentation de CO2, il va mettre en marche un processus se nommant l’érythropoïèse [4]. Cela crée un plus grand nombre de globules rouges dans le sang augmentant ainsi la quantité totale d’oxygène dans le sang. Nous parlerons plus loin de cette acclimatation.
L’hypoxie
Une des situations les plus fréquentes dans laquelle le corps se trouve en altitude est l’hypoxie. L’hypoxie se produit lorsque le corps se trouve en déficit d’oxygène. Le phénomène est plus amplement décrit dans le document du docteur Lionel Stempfel [5]. L’hypoxie est d’ailleurs une situation qui n’est pas étrangère à tout le monde. Lorsque l’humain est un fœtus, il vit dans des conditions hypoxiques semblables à une altitude de 7000 à 8000 mètres. Cela lui est d’ailleurs un avantage dans son développement. Toutefois, ses capacités d’adaptation au milieu qui lui sont bénéfiques ne sont pas aussi présentes chez l’alpiniste ce qui explique entre autres pourquoi une période d’acclimatation est aussi longue (elle peut durer plusieurs semaines).
Les stratégies d’expédition en haute altitude
L’apogée de l’alpinisme en haute altitude est sans contredit l’ascension de nombreux sommets dont l’Everest en Himalaya. Cette chaine de montagne qui s’étend sur plus de 2400 km et qui s’élève à plus de 8 848 mètres est un défi énorme pour l’acclimatation de l’alpiniste, c’est pourquoi celui-ci doit suivre certaines stratégies afin que tout se déroule sans danger. Avant toute chose, pour pouvoir faire l’ascension d’une montagne tel l’Himalaya, l’alpiniste doit être dans une excellente condition physique, doit posséder le matériel adéquat et la charge doit être la plus légère possible. Ces prérequis étant énoncés, il y a maintenant trois règles simples à suivre qui visent à optimiser une expédition himalayenne sur le plan physiologique.
La première se formule ainsi « ne pas monter trop haut vite, trop haut » [6]. Cette règle est particulièrement applicable en début de séjour, car l’acclimatation de l’alpiniste n’est pas tout à fait développée. En effet, au delà de 3000 mètres, l’alpiniste doit se limiter à monter 400 mètres par nuit en moyenne. Par exemple, si la nuit est passé à 3500 mètres et la deuxième à 4000 mètres, la deuxième nuit devra pas se faire plus en hauteur que 4300 mètres. Cet exemple ne représente pas l’unique façon de gérer sa montée, car chacun doit adapter son effort à ce qu’il ressent de son acclimatation. Cependant, il est important de préserver ses proportions de façon à respecter les phases biologiques auxquels le corps est confronté en haute altitude.
La deuxième règle suggère qu’il faut « monter suffisamment haut pour s’acclimater » [7] ; essentiellement cela signifie le choix judicieux qu’il faut faire pour l’emplacement du camp de base, l’endroit ou passer la nuit. Idéalement, lors d’une montée aussi intense que celle de l’Everest, il est obligatoire d’organiser « un camp d’acclimatation », à une altitude suffisante de façon à laisser le temps à l’organisme du corps de s’adapter. En effet, le corps a besoin d’être préalablement confronté à l’altitude pour stimuler correctement ses mécanismes de défense contre le manque d’oxygène.
« Ne pas rester trop haut, trop longtemps » [8] constitue la troisième règle pour l’ascension de l’alpiniste. L’organisme de l’être humain n’est pas fait pour vivre au-delà de 5500 mètres, car l’organisme tend à se dégrader de façon irrémédiable. Cette dégradation se fait d’autant plus rapidement si les efforts sont très intenses et si l’alpiniste doit y passer une nuit durant cette période. De plus, à cette hauteur l’alimentation se fait difficile, car elle devient insuffisante en raison des pertes hydriques importantes et de la difficulté à digérer les aliments. Ceci dit, pour éviter le danger d’un manque d’oxygène dans le corps et surtout au cerveau, il est préférable de ne pas passer au-delà de huit nuits consécutives en très haute altitude.
Les quatre phases biologiques
Afin de mieux comprendre pourquoi ces trois règles d’expédition en haute altitude sont aussi importantes, il est nécessaire d’expliquer les quatre phases biologiques successives que le corps traverse durant une ascension en haute altitude. Reconnaître ces quatre phases est crucial pour pouvoir dénoter des signes de « maladaptation ». En premier, il y a la « phase blanche », qui correspond à la phase à un niveau d’altitude normale, celui de tous les jours, ou l’organise n’a pas besoin d’adaptation. Ensuite, il y a la phase « d’acclimatation » qui correspond aux premiers jours de l’ascension, ou certains signes du mal des montagnes peuvent apparaître tel que la tachycardie et l’hyperventilation. Ces signes peuvent limiter la performance physique et entrainer un danger pour la suite. Après, vient la phase « d’acclimatement » ou le corps s’est adapté et les symptômes d’une mauvaise adaptation tel la tachycardie disparaissent. Finalement, il y a la phase de dégradation, ou l’organisme s’épuise et les efforts doivent être plus faibles. Figure 1 (À droite) Signes de maladaptation |
L’alimentation en altitude : Réactions de l’organisme
L’alimentation lors d’expédition en haute altitude est problématique pour les alpinistes, c’est pourquoi il faut s’y attarder. D’abord, le comportement alimentaire change en altitude, car le corps a tendance à bouder la nourriture dans de telles conditions. Ainsi, l’anorexie, c’est-à-dire, la diminution de l’appétit ainsi que la nausée peuvent survenir lors des premiers jours d’ascension, durant l’acclimatation. De l’anorexie découle un problème : la perte de poids. Celle-ci est proportionnelle au pourcentage de masse grasse du corps au début de l’expédition et semble se faire d’abord aux dépens de l’eau corporelle et ensuite du tissu adipeux. Si l’expédition se prolonge au-delà de quatre semaines, la perte de poids peut également être perceptible dans le tissu musculaire. Ceci étant dit, il y a plusieurs causes qui peuvent expliquer la perte de poids en haute altitude. Outre l’anorexie, il y a la diminution de l’absorption intestinale, l’augmentation du métabolisme de base ainsi que les contingences matérielles. Finalement, un dernier mot sur le bilan hydrique et alimentaire, qui est probablement la caractéristique la plus importante du comportement alimentaire de l’alpiniste. Les conditions difficiles de la haute altitude que nous avons vue plus haut font en sorte que les dépenses énergétiques peuvent atteindre des quantités supérieures ce qui est difficile à compenser dans l’alimentation. Il faut donc porter une attention très particulière à l’hydratation et l’alimentation lors de séjour en altitude.
Ressources
[1] http://www.docteurclic.com/environnement-de-montagne-192/sommaire.aspx
[2]http://biowiki.mbolduc1.ep.profweb.qc.ca/index.php/Le_transport_de_l'oxyg%C3%A8ne_et_du_CO2_dans_le_sang
[3] http://www.vmqca.qc.ca/chroniquessante/2012/10/20121011.pdf
[4] Pour de plus amples informations, consulter ce document de la faculté de médecine de Tours http://fmc.med.univ-tours.fr/Pages/Hemato/DES/A12-Erythropoiese.pdf
[5] http://www.secours-montagne.fr/IMG/pdf/Physiologie_de_l_hypoxie_d_altitude.pdf
[6] Voir «La physiologie de l’alpiniste» de Richalet
[7] Idem.
[8] Idem.
Recherche faite par :
Fares Massaad et Neila Doum Vorano
Étudiants au Collège Jean-de-Brébeuf