Pertinence d'un programme de conditionnement physique en altitude et d'une exposition intermittente à l'hypoxie pour améliorer les biomarqueurs hématologiques et les performances sportives des athlètes d'élite : Essai clinique contrôlé randomisé en simple aveugle

Mar 16 / MÉDIAMPHI - ⏱️ 10 min
Récemment, les niveaux de performance sportive dans les compétitions d’élite ont considérablement augmenté et les différences entre les résultats des premières places sont devenues de plus en plus faibles. Par conséquent, les entraineurs et les athlètes de différentes spécialités combinent souvent des stratégies de préparation supplémentaires (biologiques, pharmacologiques, mécaniques …) avec leurs programmes d’entraînement habituels dans l’espoir d’améliorer leurs réponses physiologiques, ce qui pourrait induire des améliorations des performances sportives, en particulier pour les sports d’endurance. L’une des stratégies employées est l’entraînement en altitude. L’exposition continue à l’hypoxie déclenche une série de réponses et d’adaptations physiologiques bénéfiques aux performances sportives lorsque la saturation artérielle en oxygène (SaO2) est inférieure à 90%.

Pour augmenter la probabilité d’obtenir des adaptations physiologiques bénéfiques, en particulier pour les biomarqueurs hématologiques, il a été rapporté qu’il est nécessaire que les athlètes soient exposés à une altitude réelle d’au moins 2000-2500m pendant au moins 90% des heures du jour pendant au moins 4 semaines. Cependant, ces séjours prolongés en haute altitude pourraient avoir des effets négatifs sur l'intensité de l'entraînement et affecter les performances sportives. Pour contrer ces inconvénients de la vie et de l'entraînement en altitude, de nouveaux instruments ont été proposés pour simuler les effets de l'entraînement en altitude. Les stratégies d'entraînement en altitude simulées les plus couramment utilisées par les athlètes d'élite sont l'exposition à l'hypoxie intermittente (IHE) et l'entraînement hypoxique intermittent (IHT). L'IHE alterne des phases d'hypoxie et de normoxie. L'IHT consiste en un entraînement continu ou intermittent dans des conditions hypoxiques (normobariques ou hypobariques).
Avis du pôle scientifique Médiamphi
Pastille verte
Cet essai clinique randomisé en simple aveugle est un article à faible risque de biais, tous les critères méthodologiques majeurs sont respectés permettant de limiter et contrôler au mieux les biais dans leur étude.
Les programmes IHT semblent être beaucoup plus utiles que les programmes IHE en termes d'adaptations physiologiques (notamment hématologiques) et de performances sportives. Cependant, l'IHT peut provoquer une augmentation de l'usure, ce qui induit un catabolisme musculaire notable, une plus grande fatigue et des altérations des biomarqueurs immunologiques qui déclenchent une immunosuppression par rapport à l'entraînement dans des conditions normoxiques.

Bien que la combinaison de l'utilisation de l'IHE avec l'entraînement physique en altitude ne soit pas commune, elle pourrait potentiellement être une alternative appropriée pour obtenir les bénéfices et minimiser les risques de l'IHT. Au vu de cette situation, nous avons décidé d’évaluer les différences entre les biomarqueurs hématologiques et les performances sportives d’athlètes professionnels vivant et s’entraînant en permanence en altitude (1065m) et ayant suivi un programme de 8 semaines d’IHE normobare. En outre, les profils de sécurité de l’IHE normobare ont été évalués à l’aide de biomarqueurs immunologiques et rénaux.

Matériel et méthodes

 Conception et participants

24 athlètes professionnels masculins (demi-fond et fond) ont participé à un essai clinique randomisé en simple aveugle pour évaluer les effets de 8 semaines d’IHE sur différents paramètres hématologiques (globules blancs -WBC-, monocytes -MON-, lymphocytes -LYN-, globules rouges -RBC-, hémoglobine -Hb-, hématocrite -Hct-, hémoglobine réticulocytaire -RET-Hb-, réticulocytes -RET- et érythropoïétine -EPO-), biomarqueurs de la performance rénale (urée, créatinine -Cr-, taux de filtration glomérulaire CDK-EPI -GFR CDK-EPI- et protéine totale -TP-) et de la performance sportive (force, vitesse, puissance aérobie et puissance anaérobie).
Au cours de l’étude, les recommandations du groupe CONSORT (Consolidated Standars of Reporting Trials) pour la conduite d’essais randomisés ont été suivies.
Les participants ont subi des examens cardiopulmonaires et électrocardiogrammes puis ont été invités à remplir un questionnaire médical avant de participer à l’étude. Les critères d’exclusion comprenaient tout problème de santé physique préexistant, la consommation d’alcool ou l’utilisation de drogues ou de substances illégales susceptibles d’altérer les réponses hématologiques, rénales ou les performances sportives. Aucune blessure n’a été signalée avant ou pendant l’étude, les participants blessés ayant été écartés par leurs antécédents et leurs examens cliniques.
Tous les athlètes ont effectué les mêmes séances d’entraînement pendant la période pré-compétitive, selon le planning suivant :

 Protocole expérimental 

Les athlètes du groupe d'intervention IHE (HA) ont effectué une session de 90 min d'IHE chaque jour pendant 8 semaines, qui avait lieu 1 heure après l'entraînement matinal et pendant laquelle ils étaient assis au repos. L'IHE était administrée à raison de 5 min en conditions hypoxiques suivies de 5 min en conditions normoxiques.

Les athlètes du groupe témoin (NA) ont également suivi une session de 90 minutes de thérapie simulée chaque jour pendant 8 semaines, qui avait lieu 1 heure après l'entraînement matinal. Pour effectuer la thérapie simulée, le dispositif d'hypoxie en altitude GO2 a été utilisé (comme pour le groupe HA) mais a effectué des cycles de 5 minutes d'air normobarique normoxique et d'air ambiant normoxique.

Les niveaux de SaO2 ont été mesurés en permanence dans les deux groupes.
 Consommation maximale d’oxygène
Pour la détermination de la consommation maximale d’O2 (VO2max), un protocole modifié de Bruce sur tapis roulant a été suivi. Ce test a été effectué pour s’assurer que tous les participants avaient un niveau de condition physique similaire.
 Prélèvement et analyse du sang
Tous nos échantillons ont été prélevés dans des conditions de base et à jeun, avec une période de jeûne d’au moins 12h depuis le dernier repas. Tous les échantillons de sang ont été prélevés à 8h30. Les participants ont été appelés au laboratoire à 3 jours spécifiques tout au long de l’étude : au début de l’étude T1, au 28e jour T2 et au 56e jour T3 (Figure 1).
 Test de performance
a performance physique des athlètes a été évaluée à l’aide de contre-la-montre individuels réalisés au départ (T1) et le dernier jour de l’étude (T3), qui ont permis d’évaluer la puissance aérobie, la puissance anaérobie et la vitesse sur les distances de 60m, 400m et 1000m sur une piste d’athlétisme. La force du quadriceps a été enregistrée à l’aide d’un dynamomètre.
Figure 1 : Schéma descriptif du calendrier de l'étude

Résultats

Au total, 40 athlètes ont été initialement recrutés, toutefois, 9 d’entre eux ont décidé de ne pas participer à l’étude, 5 ont été exclus après les tests VO2max car ils présentaient des résultats susceptibles de fausser l’homogénéité de l’échantillon. De plus, 2 autres athlètes ont été exclus parce qu’ils prenaient des médicaments susceptibles de modifier leurs biomarqueurs sanguins.

Ce sont finalement 24 athlètes qui ont été inclus dans l’étude et qui ont été répartis au hasard en 2 groupes : le groupe d’intervention hypoxique (HA, n=12) et le groupe témoin normotoxique (NA, n=12). Tous les participants ont été testés à T2 et T3. Aucune différence significative entre les variables évaluées dans les groupes n’a été observée au départ.

 Biomarqueurs sanguins

Aucune différence significative pour les biomarqueurs WBC, MON, LYN, RBC, Hct n’a été observée entre les points temporels T1, T2 et T3 ni entre les groupes. Cependant, les biomarqueurs Hb, RET-Hb, RET et EPO ont montré une augmentation significative à T3 par rapport à T1 pour le groupe HA et par rapport au groupe NA.

 Biomarqueurs rénaux

Aucune différence significative entre les groupes ou au sein d’un même groupe à T1, T2 ou T3 n’a été observée pour les biomarqueurs rénaux. Seule la Cr était significativement plus élevée dans le groupe HA par rapport au groupe NA à T1, mais aucune différence n’a été constatée aux différents moments de l’étude au sein de chaque groupe.   

 Performance sportive

Des améliorations statistiquement significatives ont été observées pour le groupe HA dans tous les tests de performance sportive. Cependant, aucune différence n’a été observée pour le groupe NA. De plus, des différences entre les groupes HA et NA ont été démontrées dans le test de 400m, le test de 1000m, le test de 60 m et le test de force du quadriceps. 

Discussion 

Nous avons observé des augmentations significatives de certains biomarqueurs hématologiques (EPO, Hb, RET et RET-Hb) mais aucune modification de l'Hct et des GR et une amélioration substantielle des résultats aux tests de performance pour le groupe HA par rapport au groupe NA. De plus, aucune perturbation des biomarqueurs rénaux ou immunologiques qui pourrait indiquer un quelconque danger dans l'application de la stratégie de vie et d'entraînement à 1065 m pendant 8 semaines, complétée par l'IHE n'a été trouvée.

 Biomarqueurs sanguins

Nos résultats ont montré une augmentation significative des taux d'EPO en comparant tous les points temporels (T2 et T3 par rapport à T1 ; T3 par rapport à T2). De même, nous avons observé des augmentations des taux d’Hb entre le début et la fin de l’intervention et en comparant les participants du groupe HA à ceux du groupe NA. Par conséquent, les stimuli hypoxiques (IHE) pourraient agir, par l'intermédiaire de HIF-1 (Facteur 1 inductible de l’hypoxie), sur les gènes sensibles à l'O2, comme l'EPO, non seulement pour augmenter la concentration de l'hormone EPO mais aussi pour initier le développement approprié des cellules érythroïdes en RET. Pris ensemble, les stimuli hypoxiques (vie et entraînement à 1065 m plus IHE supplémentaire) pourraient être potentiellement efficaces pour accélérer la formation d'érythrocytes matures afin de maintenir l'homéostasie de O2.

En revanche, le biomarqueur Hct est resté inchangé dans le groupe HA pendant toute la durée de notre étude. Il faut savoir qu’un exercice intense et fatiguant affecte négativement les biomarqueurs hématologiques, principalement en diminuant considérablement les taux de RBC, Hb et Hct. Il est possible que les charges d’entraînement intense effectuées pendant la période précompétitive soient responsables de l’absence d’amélioration de certains biomarqueurs. Il a été démontré que même les stress psychophysiques intenses des athlètes produisaient des valeurs, pour les paramètres de l'hémogramme, inférieures à la plage physiologique, ce qui pouvait être préjudiciable non seulement aux performances mais aussi à la santé.

 Performance sportive

Les améliorations des adaptations musculaires, sanguines, cardiovasculaires, respiratoires et endocriniennes-métaboliques de l'organisme sont directement liées à l'augmentation des performances sportives, ce qui constitue l'objectif principal de l'application de tout programme impliquant une exposition continue à l'hypoxie. Dans l'ensemble, on a constaté des améliorations de 3 à 10 % dans les résultats des tests de performance. Bien que ces gains puissent sembler modestes, il a été démontré que des changements de 0,4 à 0,7 % augmentent les chances de remporter une épreuve internationale de 1500 m de 10 à 20 %.

L’IHE pourrait provoquer une vascularisation supplémentaire avec un plus grand apport d’O2 et de nutriments et une meilleure élimination des déchets métaboliques qui sont responsable d’une plus grande efficacité contractile et d’une plus grande force musculaire. En outre, l’augmentation du nombre de mitochondries et de l’activité des voies glycotiques génère la prédominance du métabolisme aérobie et diminue la participation du métabolisme anaérobie, ce qui permet de diminuer la concentration en lactate plasmatique et de retarder l’apparition de la fatigue après IHE, ce qui pourrait expliquer l’amélioration de 3% dans les tests du 1000m. Les améliorations modérées qui ont été observées dans les tests de 60m et 400m pourraient être une conséquence de la capacité accrue à résister au lactate.

 Sécurité

Les reins sont sensibles aux changements de l'apport en O2 , ce qui facilite la production rénale d'EPO. Cependant, l'accumulation de HIF-1, qui est induite par l'IHE, ne protège pas le rein contre l'hypoxie et accélère en fait l'apparition de la maladie rénale en produisant une fibrose et des dommages glomérulaires. Nos résultats concernant les biomarqueurs de la fonction rénale (urée, Cr, GFR CDK-EPI, et TP) n'ont montré aucune variation après l'IHE et sont restés dans les limites physiologiques. Peut-être que le fait de résider à une altitude moyenne de 1065 m pourrait exercer un effet modérément protecteur sur les reins. De plus, aucune différence n’a été trouvée entre les niveaux de WBC, LYN et MON, qui sont restés à des valeurs physiologiques. Nos résultats pourraient impliquer l’adéquation du programme d’entraînement physique et de la méthodologie IHE. De plus, les athlètes vivant et s’entraînant en altitude pourraient produire des niveaux élevés de vitamine D, ce qui pourrait moduler leurs réponses immunologiques. 

Conclusion

En résumé, les athlètes qui vivaient et s'entraînaient à 1065 m et recevaient des séances d’IHE complémentaires ont été soumis à deux stimuli hypoxiques, qui ont stimulé une augmentation significative de leurs biomarqueurs sanguins et de leurs performances sportives. En outre, ces deux stimuli hypoxiques nous ont permis d'améliorer les connaissances obtenues lors d'enquêtes précédentes sur l'IHE normobare, en combinant tous les avantages obtenus dans d'autres programmes d'IHE ou IHE hypobare avec des profils de sécurité optimaux.

 Limites

  • Petite taille de l’échantillon (n=24) 
  • Participants exclusivement masculins
  • Pas de suivi après les 8 semaines d’intervention IHE 

 Points forts 

  • Essai clinique randomisé en simple aveugle
  • Respect des normes AMA pour l’extraction et la collecte des échantillons
  • Analyse des échantillons par un laboratoire de diagnostic validé 

Référence article

Fernández-Lázaro D, Mielgo-Ayuso J, Santamaría G, Gutiérrez-Abejón E, Domínguez-Ortega C, García-Lázaro SM, Seco-Calvo J. Adequacy of an Altitude Fitness Program (Living and Training) plus Intermittent Exposure to Hypoxia for Improving Hematological Biomarkers and Sports Performance of Elite Athletes: A Single-Blind Randomized Clinical Trial. Int J Environ Res Public Health. 2022 Jul 26;19(15):9095. doi: 10.3390/ijerph19159095. PMID: 35897470; PMCID: PMC9368232.