Respiration, ventilation et hyperventilation chez l’apnéiste

Guillaume Néry, apnée poids constant, immersion libre, retour aux sources

« Apprendre à faire de l’apnée, c’est apprendre à mieux respirer. Et apprendre à mieux respirer, c’est apprendre à mieux vivre. (…) Ce sport m’a ouvert une porte sur l’immensité du territoire qu’est la respiration. Fondamentalement, apprendre à la maîtriser est un moyen de reprendre le contrôle : de son corps, tout d’abord –  la respiration est la seule de toutes les fonctions dites autonomes sur laquelle il est possible d’agir  – mais aussi de l’esprit. J’ai découvert à quel point, en modulant le rythme et la profondeur de ma ventilation, je pouvais modifier mes émotions, mes états de conscience, ma concentration et mon calme » Guillaume Néry

L’apnée se définit comme l’arrêt temporaire de la ventilation, c’est à dire l’arrêt temporaire des échanges gazeux entre les poumons et l’atmosphère. L’apnée n’est pas un arrêt de la respiration : dans le langage commun, « ventilation » et « respiration » sont souvent confondus, à tort. La respiration est la première source d’énergie de notre corps et elle n’est permise que grâce à une bonne ventilation.

La respiration

La respiration est un processus physiologique qui permet d’approvisionner l’organisme en oxygène (02) et le libérer du dioxyde de carbone (CO2) par deux mécanismes :

  • Les échanges gazeux alvéolo-capillaires,
  • La respiration cellulaire.

La respiration cellulaire crée de l’énergie en dégradant le glucose grâce à l’O2. Les échanges gazeux alvéolo-capillaires assistent la respiration cellulaire : ils absorbent l’O2 pour le fournir à la respiration cellulaire et, dans le même temps, la débarrasse du CO2.

La respiration cellulaire suit 3 étapes :

  • La glycolyse : c’est l’oxydation du glucose en pyruvate. Cette réaction est associée à la production d’ATP et de composés réduits R’H2
  • Le cycle de Krebs : c’est la dégradation du pyruvate par une suite de décarboxylations oxydatives qui s’accompagnent de la production d’ATP et de composés réduits R’H2 et qui conduit à la libération de CO2
  • L’oxydation de la chaine respiratoire : les composants réduits formés au cours des étapes précédentes sont oxydés par le dioxygène, accepteur final des électrons et des protons dans la chaine d’oxydoréduction. Ces oxydations sont couplées à une production importante d’ATP.

À l’issu des différentes étapes, une molécule de glucose est totalement oxydée et fournie, donc 36 molécules d’ATP.

 

La ventilation

La ventilation est le mécanisme qui, par l’action des muscles respiratoires dont le principal est le diaphragme, consiste à renouveler l’air des poumons, pour permettre un apport constant en dioxygène (O2).

Ce mécanisme comporte 2 temps :

  • L’inspiration : décrit l’entrée d’air dans les poumons. C’est la phase active de la ventilation : elle peut être « normale » ou « forcée », c’est à dire thoracique ou diaphragmatique,
  • L’expiration : décrit la sortie d’air des poumons.

C’est par un jeu de pression, à l’intérieur de nos poumons et à l’extérieur de notre corps, que s’enchaine les 2 temps de cette mécanique.

À l’inspiration, le mouvement ventilatoire spontané se fait par les muscles inspirateurs, qui ouvrent et soulèvent notre cage thoracique, augmentant ainsi le volume de nos poumons : la pression de l’air à l’intérieur de nos poumons devient alors inférieure à la pression de l’air extérieur, créant une dépression qui aspire l’air extérieur vers l’intérieur. On parle de ventilation en pression négative.

À l’expiration le phénomène est inversé : l’air, à l’intérieur de nos poumons, possède, après une inspiration, une pression supérieure à l’air extérieur. Il est donc passivement expulsé grâce au relâchement des muscles inspirateurs.

La ventilation en quelques chiffres :

  • L’être humain effectue 23 000 cycles respiratoires par jour (soit 16 par minute),
  • Nos 2 poumons contiennent 600 millions d’alvéoles permettant une surface d’échange d’environ 100 mètres carré (soit un terrain de tennis) et fonctionnent sans interruption de manière autonome,
  • Nous inspirons, chaque jour, 12 000 litres d’air (soit plus de 4 millions de litres par an).

Les différentes techniques de ventilation en apnée

La respiration diaphragmatique

La respiration diaphragmatique est une inspiration forcée, abdominale, lors de laquelle le muscle diaphragmatique joue un rôle très important. Cette technique a de nombreux avantages :

  • Économiquement, elle permet d’embarquer plus d’air avec un effort moindre, étant naturellement plus lente et plus profonde,
  • Mentalement, elle permet un meilleur relâchement respiratoire et musculaire,
  • Physiquement, les mouvements répétés d’abaissement – élévation du diaphragme masse le système digestif, améliorant la circulation veineuse et lymphatique.

La respiration diaphragmatique est une ventilation complexe qui fait intervenir de nombreuses structures, comme les muscles inspirateurs accessoires, situés au niveau supérieur, notamment cervical. À l’inspiration :

  • Le diaphragme s’abaisse vers l’estomac,
  • La partie sus ombilicale de l’abdomen se gonfle,
  • L’air remplit la partie basse des poumons, puis la partie médiane, puis la partie haute.

L’inspiration diaphragmatique doit être réalisée de manière fluide, homogène et uniforme, dans une grande souplesse c’est à dire en évitant les contractions : l’inspiration est longue, l’apnéiste diminue le flux respiratoire et aspire l’air comme s’il le faisait avec une paille.

De nombreux apnéistes pratiquent, au quotidien, des exercices d’assouplissement du diaphragme, qui permettent également d’augmenter le volume pulmonaire.

Pour vous détendre après une journée difficile, essayez la respiration diaphragmatique : les bienfaits sont immédiats !

La technique de la carpe 

Après avoir effectué une inspiration forcée (diaphragmatique), l’apnéiste ajoute un supplément d’air dans ses poumons en « carpant ».

Le nom de cette technique lui vient de la ressemblance entre la bouche d’une carpe et les mouvements de pompage qu’effectue, avec ses lèvres, le plongeur, pour comprimer l’air (glotte bloquée), avant de l’envoyer dans ses poumons. L’air supplémentaire qui arrive ainsi dans les poumons est donc sous pression.

Un avantage à pratiquer la technique de la carpe : partir avec plus d’air, donc plus d’O2, permettrait de meilleures performances. Des études ont montré que cette technique permettait d’emmagasiner jusqu’à 25% d’air en plus, après une inspiration forcée complète.

Pour être effectuée correctement, la technique de la carpe demande de réelles connaissances, généralement acquises après quelques années de pratique régulière de l’apnée. Il n’est pas rare que de jeunes apnéistes s’essayant à la carpe envoient l’air dans leur estomac et non dans leurs poumons (ce qui génèrent ballonnements et rots !)

Aucune technique de la carpe n’est nécessaire et / ou à envisager avant :

• D’avoir travailler l’assouplissement de votre diaphragme : apprenez à marcher avant de courir ! Plus la souplesse diaphragmatique sera grande, plus la capacité pulmonaire de l’apnéiste aura évolué, lui permettant d’ajouter ce surplus d’air sous pression. La respiration diaphragmatique permet d’obtenir d’excellentes performances, la carpe vient après (et certains apnéistes ne l’utilisent même jamais) ;

• De réaliser, en apnée statique, au moins 5 minutes pour les femmes et 6 minutes pour les hommes. Lorsque l’apnéiste carpe, il est en apnée, son rythme cardiaque augmente et un certain inconfort peut être ressenti à l’immersion (lié à la distension pulmonaire), qu’il faut savoir gérer. Or, dans une épreuve de statique :

  • Lorsque l’apnéiste commence à carper, le chronomètre ne tourne pas encore (temps perdu),
  • L’augmentation du rythme cardiaque et l’inconfort de ce surplus d’air vont à l’encontre d’une discipline où relâchement et calme intérieur prévalent,
  • D’autre part, certaines études montrent que la carpe n’augmente pas forcément le temps de l’apnée statique, ni le moment d’apparition du premier spasme car le remplissage maximum des poumons incite spontanément l’apnéiste à rejeter de l’air (réflexe de Hering Breuer) : l’apnée statique est en pratique mieux tenue à 95 % plutôt qu’à 100 % de la capacité vitale.

• De réaliser 150 mètres en apnée dynamique.

L’hyperventilation

L’hyperventilation consiste à sur-oxygéner l’organisme en augmentant la fréquence ventilatoire et en pratiquant des inspirations amples et forcées. Cette technique produit une modification du pH sanguin (alcalose) ainsi qu’un changement des proportions de gaz dans le sang, avec :

  • Un fort taux d’O2,
  • Une baisse du CO2.

Il existe 2 types d’hyperventilation :

  • L’hyperventilation spontanée : déclenchée spontanément par l’organisme pour maintenir ses niveaux d’O2 et de CO2 normaux afin d’assurer son bon fonctionnement (lors d’un effort musculaire intense ou dans un milieu pauvre en 02, par exemples) ;
  • L’hyperventilation volontaire : elle est utilisée par certains apnéistes pour retarder le besoin de ventiler pendant une apnée, besoin naturellement déclenché par le taux de CO2 dans l’organisme (seuil hypercapnique) que l’hyperventilation fait chuter. Interdite car dangereuse, elle est à l’origine de nombreuses syncopes hypoxiques.

Hyperventilation et syncope hypoxique

Lors d’une apnée :

  • L’O2 disponible dans l’organisme décroit : c’est l’hypoxie1,
  • Pendant que le CO2 augmente (du fait de la respiration cellulaire) : c’est l’hypercapnie.

Les pressions partielles d’O2 (PaO2) et de CO2 (PaCO2) dans le sang sont détectées par les chémorécepteurs, qui envoient l’information au système nerveux.

C’est la pression partielle de CO2 dans le sang (PaCO2) qui déclenche le besoin de ventiler chez l’apnéiste : lorsque le niveau de PaCO2 estimé dangereux pour l’organisme est atteint (seuil hypercapnique), les chémorécepteurs alertent le système nerveux qui envoie des signaux à l’apnéiste : inconfort, spasmes (contractions du diaphragme et des muscles intercostaux), jambes lourdes. Ces signaux s’intensifient à mesure que l’apnéiste continue de lutter pour retenir sa reprise d’air : mauvaise coordination des membres, lactate.

Pendant ce temps, la pression partielle d’O2 dans le sang (PaO2) continue de baisser. C’est la PaO2 qui déclenche la syncope, lorsque le seuil hypoxique est atteint. L’apnéiste perd connaissance et la reprise ventilatoire a lieu pendant cette perte de connaissance. La syncope2 est un mécanisme de défense de l’organisme contre la déficience d’O2 qui ne lui permet plus de fonctionner correctement (lactate, perte de coordination des membres, samba3, syncope).

  • Lors d’une apnée sans hyperventilation : le seuil hypercapnique est atteint avant le seuil hypoxique. L’organisme déclenche les signaux d’alerte avant la syncope. Un apnéiste à l’écoute de son corps sortira donc avant l’accident. Si la reprise ventilatoire n’est pas réalisée, c’est à dire si l’apnéiste continue son apnée malgré les signaux d’alerte de l’organisme, alors ce dernier va se protéger en déclenchant une syncope, puis une reprise ventilatoire (l’apnéiste sera alors inconscient).

 

  • Dans une apnée avec hyperventilation : l’apnéiste a biaisé ses cartes dès le départ, en réduisant son taux sanguin de CO2 et en augmentant celui d’O2. Ainsi :
    • L’apnéiste commence son apnée avec une PaCO2 plus basse que la normale et une PaO2 plus haute,
    • Le seuil hypercapnique arrive donc après le seuil hypoxique : la syncope arrive avant l’envie de respirer et les signaux d’alerte de l’organisme.

 

On termine sur une vidéo pleine de douceur, pour nous rappeler que l’apnée, c’est l’art de bien ventiler (et pas celui de faire des bêtises !)

__________

1 L’hypoxie est la baisse de l’O2 dans le sang : l’oxygénation des organes et des tissus devient alors insuffisante.
On parle d’hypoxie quand : 50mm Hg < PaO2 < 80mm Hg
• À partir de 40mm Hg : trouble du jugement critique, perte de connaissance.
• À partir de 50mm Hg : trouble de la mémoire.

Par comparaison, la normoxie définit l’état du sang contenant une quantité normale d’O2, c’est à dire :
• En théorie, quand la PaO2 = 100mm Hg
• En pratique, quand la PaO2 = 97 ou 98mm Hg

2 La syncope est une perte de connaissance accompagnée, ou non, d’un arrêt cardiaque. Il s’agit d’une stratégie de défense de l’organisme pour préserver les fonctions vitales. Après une syncope, il est fréquent que le sujet ne se souvienne pas d’en avoir fait une. On distingue :
• La syncope anoxique, qui définit la baisse de la quantité d’O2 utilisée par les tissus,
• La syncope hypoxique, qui définit la baisse de la quantité d’O2 transportée par le sang.

3 La « samba » ou « Perte de Contrôle Moteur » (PCM) se traduit par une série de convulsions, sans perte de connaissance, s’apparentant à une danse (d’où son nom). La samba est l’ultime étape avant la syncope. Elle peut survenir jusqu’à 20 secondes après la reprise ventilatoire, le temps que le sang nouvellement oxygéné arrive aux récepteurs, délai pendant lequel la PaO2 continue de baisser.

 

Sources

Association réunionnaise de médecine subaquatique et hyperbare, Groupe Hospitalier Sud Réunion

Pelizzari, S. Tovaglieri, Corso di Apnea, Mursia, Milano (2001)

C. Chapuis, La carpe revient, Apnea, (2001)

D. Marleux, Apnée statique : technique de la carpe et performance. Mémoire pour l’obtention de la License en sciences et techniques des activités physiques sportives, (2000)

Dr Anouk Dematteo, La syncope hypoxique en apnée sportive : description et facteurs favorisants, Thèse en vue du Diplôme d’État de Docteur en médecine, Université de Rennes 1, (2006)

© VSD – Image principale de l’article

© Georges Dolisi – L’appareil respiratoire

© Centre de Santé et de consultation psychologique de Montréal – Apprentissage de la respiration diaphragmatique

 

 

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