PHYSIOLOGIE DE LA (TRÈS) HAUTE ALTITUDE
Depuis le mois de mai et le premier volet de ce dossier, le petit monde de la très haute altitude a connu son énième tremblement de terre mais pas le moindre, Kilian Jornet et ses deux réussites à l’Everest sans oxygène, la même semaine. De quoi aborder c
Le 27 mai 2017, six jours après une première visite au sommet, Kilian Jornet s’ennuyait fermement au camp de base avancé de l’Everest, versant tibétain. Il s’est donc rendu une deuxième fois (on n’ose pas dire seconde) sur le Toit du Monde (8 848 m). La montagne médiatique en est encore toute chamboulée et les laboratoires du monde entier ne savent plus à quelles vérités scientifiques se vouer. Kilian Jornet affiche une VO2max (consommation maximale d’oxygène) à 92 ml/kg/min. C’est exceptionnel, seuls quelques fondeurs peuvent supporter la comparaison. Jean-Paul Richalet nous éclaire sur les relations entre cet indicateur capacitaire et la résistance à la très haute altitude. Ses conclusions ne sont peut-être pas celles qu’on imaginait. Kilian Jornet s’est acclimaté quelques jours plus tôt en gravissant le Cho Oyu (8 201 m), stratégie d’acclimatation venant parfaire son activité frénétique dans les Alpes et les montagnes de Norvège. Samuel Vergès nous propose différentes méthodes pour préparer un séjour en haute altitude, de l’entraînement sur nos 4 000 mètres alpins jusqu’à la sieste préparatrice en tente hypoxique. Kilian Jornet semble être revenu dans nos basses contrées avec toute sa tête et la totalité de ses doigts et orteils. En montagne, le froid est un ennemi. Il peut mutiler voire tuer. A minima, il est un facteur extrinsèque à prendre en considération pour qui recherche la performance en altitude. Emmanuel Cauchy nous présente les mécanismes de défense de l’organisme face au froid et les conséquences les plus connues d’une exposition prolongée : les gelures. Que les rats de laboratoire se rassurent, même s’il est difficile de l’attraper, Kilian Jornet est aujourd’hui le cobaye le plus prisé des scientifiques de l’hypoxie.
LE FROID ET SON RÔLE DANS LA LIMITATION DE LA PERFORMANCE EN ALTITUDE Emmanuel Cauchy, directeur de l’Ifremmont.
L’hypothermie est une décélération physiologique qui ne devient pathologique qu’en dessous d’une température centrale de 35°C. L’homme étant homéotherme – la température centrale doit être maintenue coûte que coûte à 37°C – il s’ensuit toute une série de mécanismes de défense dont le but est de permettre aux organes nobles de fonctionner normalement (coeur, poumon, cerveau, foie, rein).
Froid et performances La première des défenses involontaires est une vasoconstriction périphérique ayant pour avantage de limiter les pertes thermiques en réduisant le flux vasculaire périphérique. Les échanges micro-vasculaires assurant l’oxygénation musculaire s’en trouvent réduits, ce qui nuit déjà en soi à la performance. Le deuxième effet est plastique, le froid réduisant les performances élastiques de l’appareil musculoligamentaire, la rigidité s’installe, réduisant la souplesse et favorisant l’apparition de crampes musculaires. Les effets surajoutés de l’hypothermie, même quand elle est légère, sont aussi d’ordre hydroélectrique. La redistribution du volume plasmatique au centre de l’organisme entraîne une diurèse réflexe (perte d’urine) qui accentue la déshydratation relative. Le froid ralentit également la vitesse de l’influx neuromusculaire. La ventilation s’accélère en hypothermie légère et s’accompagne d’une baisse de la compliance avec une augmentation de l’espace mort et une certaine bronchorrhée qui aura pour effet de réduire d’autant les capacités respiratoires.
Hypothermie et gelures Au-delà de ses effets sur la performance, le froid, s’il devient rigoureux et dépasse les facultés de défense de l’organisme, peut se compliquer de deux pathologies graves que sont l’hypothermie et les gelures. L’hypothermie, après une courte période de réponse active caractérisée par l’apparition de frissons permanents (35°C<T<32°C), l’augmentation de fréquence cardio-ventilatoire d’origine adrénergique et la production de chaleur endogène (hormones thyroïdiennes et corticostéroïdes), se complique, prenant la forme d’une hibernation avec diminution du mécanisme d’oxydation cellulaire et sur le plan clinique d’un coma rigide (28°C<T) jusqu’à l’arrêt cardiorespiratoire (aux alentours de 24°C). Les gelures sont l’expression d’une défense contre l’hypothermie par exagération de la vasoconstriction périphérique. Elles sont favorisées par l’ouverture de shunts artérioveineux situés au niveau des poignets et des malléoles. Cette réaction « sacrificielle » entraîne des lésions dont le pronostic peut être lourd (amputation osseuse). Loin des rats et des laboratoires de recherche fondamentale, l’Ifremmont a consumé ses premiers deniers, il y a 15 ans, en lançant un ambitieux travail rétrospectif sur les grandes séries de gelures conservées dans les archives de l’hôpital de Chamonix (plus de 1 200 cas observés en 50 ans). De ce premier fastidieux travail, est sortie en 2010, la toute nouvelle classification internationale qui fait référence depuis. Il publie ensuite, dans le New England Journal of Medicine, les résultats de ses travaux sur l’iloprost, la première molécule injectable capable de réduire le risque d’amputation dans les gelures sévères. Cette découverte révolutionne le pronostic des gelures graves. Profitant de son laboratoire naturel à l’aiguille du Midi (3 840 m) (Chamonix Mont-Blanc Mountain LAB) et des subventions européennes des programmes francoitalien Resamont et e-Résamont, l’Ifremmont publie aussi son étude « Flow Pulse » en 2015 pour démontrer que le caisson portable hyperbare, qui soigne des complications du mal des montagnes peut aussi traiter l’hypothermie et les gelures, en augmentant la température centrale, cutanée, et les flux vasculaires distaux. On démontre dans ce travail que le caisson réchauffe 3 fois : en augmentant la pression atmosphérique, en potentialisation la radiation des victimes dans un espace clos et en activant la vasoréactivité par thermogénèse oxydative. La toute récente étude « VIA-GEL », quant à elle, vient de démontrer que le sildénafil, plus connu sous le nom de marque VIAGRA pourrait constituer une solution chez les montagnards gelés et bloqués en montagne.
LES GELURES SONT UNE RÉACTION SACRIFICIELLE ENTRAÎNANT DES LÉSIONS DONT LE PRONOSTIC PEUT ÊTRE LOURD
Pourquoi se pré-acclimater ? Les difficultés d’acclimatation qu’un individu vivant à basse altitude (<1 500 m) peut rencontrer lors d’un séjour à des altitudes supérieures à 2 500 m et plus encore supérieures à 3 500 m peuvent conduire à envisager des modes de pré-acclimatation visant à prévenir la survenue de symptômes de mal aigu des montagnes (MAM), voire de complications plus sérieuses telles que l’oedème pulmonaire de haute altitude ou l’oedème cérébral de haute altitude. La question d’une pré-acclimatation peut en particulier se poser lorsque le gain en altitude va être rapide et exposer ainsi l’individu à un plus grand risque de développement de symptômes d’intolérance à l’altitude. L’acclimatation progressive à l’altitude étant le meilleur moyen de prévenir la survenue du MAM, il est naturel d’envisager des expositions préalables et progressives à l’hypoxie permettant à l’organisme de mettre en place les mécanismes sous-jacents à l’acclimatation. Alors qu’il est classiquement recommandé d’envisager une première nuit à une altitude maximale de 2 500 m et ensuite un gain d’altitude entre deux nuits de 300-600 m maximum, les contraintes propres à certains projets en altitude empêchent le respect de ces règles. Nombreuses sont les offres commerciales de trekking et d’ascension qui proposent des profils d’ascension ne respectant pas ces consignes et exposent ainsi le client à la survenue de symptômes associés au MAM. L’accès direct à des altitudes élevées par avion ou téléphérique est également un facteur majeur responsable de la survenue de MAM.
Mécanismes de l’acclimatation Il est souvent recommandé de programmer un séjour de quelques jours à des altitudes >1 500 m avant de se lancer dans un projet en haute altitude. Mais un tel séjour préalable en altitude est-il suffisant pour induire des adaptations physiologiques à l’altitude permettant ensuite une meilleure ascension à haute altitude ? De plus, si certains mécanismes d’adaptation à l’altitude lors de ce séjour préalable en altitude sont induits, combien de jours vont-ils perdurer, seront-ils conservés plusieurs jours après le retour à basse altitude, délai nécessaire pour préparer ses affaires, voyager jusqu’au pied des montagnes et atteindre des altitudes à nouveau élevées ? Mais que veut-on exactement induire d’un point de vue physiologique lorsqu’on cherche à pré-acclimater notre organisme avant un séjour en haute altitude ? L’idée est d’initier un certain nombre de mécanismes qui sont ceux qui nous permettent de nous adapter à la haute altitude au cours des premières heures et jours de présence dans les hauteurs. Il s’agit d’une part d’induire une acclimatation ventilatoire se caractérisant par une hyperventilation accrue en réponse à la diminution de l’oxygénation artérielle. Cette augmentation de la réponse ventilatoire à l’hypoxie va permettre d’augmenter l’apport en oxygène à l’organisme et ainsi de réduire les effets délétères de la moindre pression inspirée en oxygène propre à l’altitude. Un autre mécanisme essentiel d’acclimatation est l’augmentation de la capacité de transport de l’oxygène par notre sang. Celle-ci est accrue dans un premier temps par une hémoconcentration (c’est-à-dire une diminution du volume plasmatique augmentant la quantité de globules rouges par volume de sang) puis, si l’exposition hypoxique est suffisante (en intensité et en temps), par la production de globules rouges supplémentaires, responsables de la polyglobulie d’altitude. D’autres mécanismes vont être associés à une acclimatation réussie à la haute altitude, telle une moindre augmentation de la pression artérielle pulmonaire, une augmentation de la contribution de l’oxydation des hydrates de carbone (les « sucres ») pour la production énergétique, etc. Dans quelle mesure une pré-acclimatation à l’altitude peut-elle initier ces mécanismes d’acclimatation, nous
faisant ainsi « prendre de l’avance » sur notre acclimatation future à l’occasion de notre trek ou ascension tant attendu ?
La « dé-acclimatation » La question de la pré-acclimatation pose de façon conjointe la question de la « dé-acclimatation » : dans quelle mesure et à quelle vitesse perd-on les mécanismes d’acclimatation que l’on a développés à un niveau d’altitude donné ? Alors que les mécanismes d’acclimatation à l’altitude que nous avons développés persistent tant que nous restons à cette altitude, une fois redescendu en plaine ils vont disparaître en quelques jours ou semaines. La cinétique précise de leur disparition reste cependant incomplètement connue, même si certaines études scientifiques se sont penchées sur la question. Chez des sujets ayant passé 16 jours à 4 300 m d’altitude, il a ainsi été évalué qu’après 7 jours redescendus au niveau de la mer, ils conservaient encore environ 50 % de leur mécanisme d’adaptation ventilatoire à l’hypoxie décrit ci-dessus et ne présentaient aucun symptôme de MAM lors d’une réexposition à 4 300 m d’altitude (Lyons et al., 1995 ; Muza et al., 1995). Une autre étude a montré que des sujets ayant résidé 5 jours à 3 800 m maintenaient une acclimatation ventilatoire jusqu’à 3 jours (mais plus à partir du 4e jour) après leur retour en plaine (Sato et al. 1992). Une étude récente américaine a montré qu’après 16 jours passés à 5 260 m, une rétention partielle des phénomènes d’acclimatation était présente jusqu’à 21 jours après la redescente à 1 525 m : les symptômes de MAM lors d’une réexposition à 5 260 m étaient moins sévères à +21 jours, alors que les altérations physiques (endurance à l’effort) et cognitives (mémoire à court terme) induites par ce niveau d’altitude étaient moindres à +7 jours mais revenaient à leur niveau initial (avant la pré-acclimatation) à +21 jours (Subudhi et al. 2014).Ainsi, lorsque nous résidons suffisamment de jours en haute altitude permettant ainsi une bonne acclimatation, nous conservons lors du retour en plaine certains mécanismes d’acclimatation pendant plusieurs jours voire plusieurs semaines, cela en fonction du temps passé en altitude et du niveau d’altitude. Plus le temps passé en altitude a été long et plus le niveau d’altitude a été élevé, plus la rétention partielle des phénomènes d’acclimatation sera prolongée et facilitera l’acclimatation lors d’une nouvelle exposition à l’altitude.
PLUS LE TEMPS PASSÉ EN ALTITUDE EST LONG, PLUS LA RÉTENTION DES PHÉNOMÈNES D’ACCLIMATATION SERA PROLONGÉE.
S’acclimater en continu ou par intermittence ? Il est donc entendu qu’un suffisamment long séjour (>5 jours) en altitude induit des mécanismes d’acclimatation qui perdureront au moins partiellement plusieurs jours après la redescente en plaine et permettront ainsi une meilleure adaptation lors d’une remontée en altitude pendant ce laps de temps. Mais qu’en est-il de l’intérêt de programmes de pré-acclimatation de durées plus courtes ? Un seul weekend à plus de 2 000 m d’altitude induit certains mécanismes d’acclimatation, mais leurs temps de persistance lors du retour en plaine est probablement relativement court. Et qu’en est-il pour des expositions en hypoxie encore plus courtes (quelques heures) mais que l’on répéterait pendant plusieurs jours ou semaines ? C’est ce que l’on appelle l’exposition intermittente à l’hypoxie qui est un domaine d’étude scientifique important à l’heure actuelle. L’hypoxie intermittente est en effet l’élément physiopathologique central du syndrome d’apnée du sommeil, une pathologie relativement fréquente dans nos pays occidentaux : les patients présentant cette pathologie subissent à chaque apnée nocturne une phase d’hypoxie artérielle, pouvant avoir lieu plusieurs dizaines de fois par heure, étant reconnue comme génératrice d’anomalies cardiovasculaires et métaboliques importantes, pouvant même augmenter le risque de pathologies comme l’hypertension, l’infarctus du myocarde ou les accidents vasculaires cérébraux. Mais l’hypoxie intermittente est aussi considérée comme une méthode susceptible d’induire des phénomènes d’adaptation de l’organisme lorsque le niveau d’hypoxie et la répétition des phases d’hypoxienormoxie sont adaptés. L’exposition hypoxique intermittente peut alors être considérée comme protectrice voire devenir une intervention thérapeutique dans certaines pathologies chroniques (Verges et al. 2015). Contrairement à l’apnée du sommeil qui impose à l’organisme des niveaux d’hypoxie relativement sévères (du fait des pauses respiratoires) et selon des cycles rapides (de l’ordre de quelques secondes ou minutes), l’exposition quelques minutes ou heures par jour à des conditions d’hypoxie plus modérée pourrait induire après plusieurs jours ou semaines des mécanismes d’acclimatation, tels qu’une réponse ventilatoire hypoxique accrue, susceptibles d’aider à mieux tolérer un futur séjour en haute altitude. Ainsi, 4 heures d’exposition à une altitude simulée de 4 300 m (en caisson hypobare) 5 jours par semaine pendant 3 semaines permettent une absence totale de MAM lors d’une montée brutale à 4 300 m immédiatement après ce programme de pré-acclimatation (Beidleman et al. 2004). Mais 4 heures d’exposition à l’altitude simulée ne constituent pas encore la solution la plus pratique pour se pré-acclimater à son futur trek en haute altitude, tout le monde ne disposant pas du temps et de l’équipement nécessaire pour un tel programme… Il semblerait pourtant qu’une seule heure par jour à 4 500 m d’altitude simulée (en chambre hypoxique normobare) pendant 7 jours soit suffisante pour diminuer les symptômes de MAM et améliorer la réponse ventilatoire lors d’une exposition à 5 300 m d’altitude simulée 2 jours après la fin du protocole de pré-acclimatation (Wille et al. 2012). Certaines sociétés que l’on pourrait qualifier de « salon d’hypoxie » proposent ainsi en France (Paris, Aix-en-Provence…) et ailleurs en Europe (Genève, Londres…) des séances d’hypoxie de ce type en vue d’induire une préacclimatation chez leurs clients projetant un séjour en haute altitude. Des bases physiologiques existent pour de telles pratiques même si certains mécanismes spécifiques d’adaptation à l’hypoxie intermittente et susceptibles d’améliorer notre tolérance à l’altitude restent probablement à déterminer.
Dormir en s’acclimatant Une alternative à ce type de programme de pré-acclimatation en journée serait d’utiliser notre temps de sommeil pour laisser notre organisme se pré-acclimater à l’hypoxie. Comment ? En utilisant une tente hypoxique par exemple qui, installée dans votre chambre, vous permettra de passer vos nuits à l’altitude que vous souhaiterez (au maximum 3 500-4 000 m en général). Une telle solution peut être attractive du fait de son aspect (relativement) pratique qui vous permettra le matin venu de rejoindre votre bureau parisien, l’air de rien. Il est ainsi proposé sur le marché certaines prestations commerciales mettant à disposition dans votre chambre douillette une tente hypoxique dans laquelle vous dormirez pendant plusieurs jours ou semaines en altitude simulée avant de vous rendre en haute altitude, cela afin de vous pré-acclimater et de favoriser votre future ascension en haute altitude. Que sait-on scientifiquement d’une telle stratégie de pré-acclimatation ? Une étude (Dehnert 2014) a soumis près de 80 sujets volontaires à 14 nuits sous tente hypoxique à l’équivalent de 2 600 m ou 450 m d’altitude, puis les a évalués 4-5 jours après la dernière nuit sous tente pendant 20 heures à une altitude simulée de 4 500 m. Cette étude a été réalisée en double aveugle, c’est-àdire que ni les sujets ni les évaluateurs ne savaient qui avait dormi à 2 600 m d’altitude ou en air ambiant pendant les 14 nuits de préacclimatation. Les résultats ont montré que les sujets ayant passé 14 nuits sous tente hypoxique à 2 600 m d’altitude présentaient significativement moins de symptômes de MAM pendant les 20 heures à 4 500 m. Si cette étude est encourageante quant à l’intérêt de tels protocoles nocturnes de pré-acclimatation, les caractéristiques optimales de ces protocoles (durée d’exposition sous la tente, niveau d’altitude simulée, nombre de nuits) ainsi que les mécanismes précis d’acclimatation induits restent à établir. Un vieux débat s’est également ravivé récemment concernant les adaptations à l’hypoxie qui pourraient différer selon que l’hypoxie est normobare (à pression atmosphérique ambiante, en inhalant un mélange gazeux avec une fraction inspirée en oxygène diminuée via un masque ou sous une tente par exemple) ou hypobare (en diminuant la pression ambiante, comme dans un caisson spécifique, reproduisant l’hypoxie d’altitude), posant ainsi la question supplémentaire de différences éventuelles d’efficacité entre une pré-acclimatation en hypoxie normobarique ou hypobarique. Dans tous les cas il est important de rappeler que l’acclimatation est altitude-spécifique. Cela signifie que l’acclimatation à un niveau donné d’altitude ne confère qu’une acclimatation partielle à un niveau d’altitude supérieure. Ainsi, si votre programme de pré-acclimatation s’effectue à un niveau d’altitude plus bas que celui auquel se déroulera l’ascension dont vous rêvez depuis si longtemps, votre acclimatation ne sera qu’au mieux entamée lorsque vous arriverez sur place et nécessitera une progression en altitude adaptée pour permettre à votre organisme de tolérer la moindre disponibilité en oxygène. Ainsi les méthodes de pré-acclimatation font appel aux ressources physiologiques propres à notre organisme capable de développer progressivement des mécanismes d’adaptation à un environnement où l’oxygène est disponible en moindre quantité.