Pendant des dizaines d'années, les poumons ont été les grands oubliés des méthodes d'entraînement. Tous les programmes se focalisaient sur le renforcement cardiovasculaire ou musculaire. Mais personne ne se souciait de la respiration. A tort? 

Aussi loin que l'on remonte, les spécialistes de la physiologie de l'effort ont toujours soutenu qu'il n'était pas possible d'améliorer la performance sportive par un entraînement spécifique des muscles respiratoires, c'est-à-dire essentiellement le diaphragme et les intercostaux. Cette certitude reposait sur un raisonnement de prime abord inattaquable. Il suffisait de faire le calcul de ce que donnerait la consommation maximale d'oxygène (VO2 max) avec les poumons comme facteur limitant. C'est relativement simple. On sait que l'air inspiré contient environ 21% d'oxygène et l'air expiré 15% seulement (21 – 15 = 6). On sait aussi qu'à l'effort, un athlète peut faire transiter jusqu'à 200 litres d'air par minute dans ses poumons. Théoriquement, on pouvait donc atteindre une VO2 max de 12 litres d'oxygène par minute (200 x 6% = 10 litres), c'est-à-dire un chiffre plus élevé que tous ceux habituellement référencés dans les ouvrages. Qu'est-ce que cela signifie? Simplement que les poumons ne constituent pas un frein à la performance. Cette petite démonstration se voyait confirmée par une observation scientifique. Lors des dernières secondes d'un test d'effort maximal, les athlètes sont encore capables d'augmenter la ventilation, mais cela n'affecte plus la consommation maximale d'oxygène. Bref, on était persuadé que le système respiratoire était une sorte de surdoué de la filière aérobie et l'idée d'un entraînement spécifique des muscles de la cage thoracique apparaissait aussi ridicule que celle d'entraîner un lièvre pour battre une tortue à la course. Seulement, on sait que dans toutes les sciences -et dans celles de l'entraînement en particulier- les vérités d'hier ne sont pas celles de demain et plusieurs études sont récemment venues battre en brèche les anciennes évidences. D'après elles, il conviendrait d'entraîner les muscles respiratoires comme on le ferait avec n'importe quelle autre chaîne musculaire. Plusieurs entraîneurs conseillent désormais leurs athlètes dans ce sens en cyclisme, course à pied, natation, aviron, etc. Des nouvelles techniques ont été mises au point comme "l'hyperventilation volontaire prolongée". Cette méthode exige simplement de l'athlète qu'il maintienne des niveaux élevés de ventilation (environ 60 à 90% du débit maximal) pendant quelques dizaines de minutes (entre 20 et 50) sans fournir d'autre effort. N'essayez pas cela chez vous. L’évanouissement serait garanti! En forçant sa respiration, on vide effectivement l'organisme du gaz carbonique qu'il contient et cela affecte le fonctionnement du système nerveux. Pour éviter la défaillance, il faut impérativement se recharger en CO2, soit en respirant un mélange spécifiquement enrichi conservé en bonbonne, soit en utilisant un appareil qui augmente l'espace mort, ce qui permet de réinspirer une partie du CO2 recraché. Depuis quelques années, on trouve sur le marché des appareils comme le "SpiroTiger" qui permet cette forme particulière d'entraînement. Pour quels avantages? On sait depuis longtemps que ce type d'exercice améliore significativement plusieurs aspects de la fonction ventilatoire. Ainsi, après quelques séances d'hyperventilation bien dosée, les athlètes augmentent à la fois leur capacité vitale (*) et le débit ventilatoire maximal (**). Cependant, on manquait d'études démontrant un éventuel effet bénéfique sur la performance. Des chercheurs de l'Institut fédéral suisse de la Technologie (Université de Zurich) ont donc soumis 13 candidats à un programme d'entraînement spécifique. Il s'agissait de respirer profondément et à haute fréquence, sans faire d’autre exercice. Pour éviter que les sujets ne s'étourdissent ou ne perdent conscience, ils étaient munis d'un masque branché à de l'air enrichi en gaz carbonique. Après 40 séances d'entraînement de 30 minutes, on a remarqué que les sujets pouvaient tenir en moyenne un rythme respiratoire élevé sept fois plus longtemps qu'avant. Ensuite, on leur demandait de pédaler le plus longtemps possible sur un vélo fixe à 70% de la puissance aérobie maximale. Avant l'expérience, la durée moyenne était de 35,6 minutes. Après l'expérience, elle grimpait à 44 minutes, soit un gain de 23,6%! Voilà qui devrait sans doute inspirer les champions. Mais attention à ne pas tirer trop vite des conclusions définitives. D'abord, il s'agissait d'individus non sportifs. Rien ne dit qu'on obtiendrait les mêmes résultats avec des athlètes de haut niveau. En outre, cette hyperventilation volontaire prolongée prend du temps et, sur le plan physiologique, elle s'avère aussi beaucoup plus exigeante qu'on ne l'imagine habituellement. Il faut donc un très haut degré de motivation pour suivre un tel programme en dehors d'un protocole expérimental. Enfin, les séances s'accompagnent souvent d'un assèchement des voies respiratoires. D'où le risque de favoriser la pénétration de microbes de toute nature. Chez certaines personnes, ces séances peuvent même provoquer une réaction de type allergique (bronchoconstriction) sous la forme d'un rétrécissement des voies aériennes supérieures. On comprend finalement le peu de succès qu'elles rencontrent dans les milieux sportifs.  

Ceci n'est pas une pipe 

Des chercheurs se sont donc efforcés de trouver des alternatives à l'hyperventilation prolongée et développèrent des techniques plus axées sur la force que sur l'endurance. Le principe consiste ici à vaincre une résistance mécanique par la seule force des muscles respiratoires. Divers appareils plus ou moins ingénieux existent sur le marché comme le "PowerBreathe" ou le "PowerLung". Ils ressemblent à des pipes munies d'un petit clapet. A l'inspiration, l'athlète doit créer une pression négative suffisante sans quoi l'air n'entre pas dans les poumons. On recommande classiquement de répéter l'exercice une trentaine de fois, soit d'affilée, soit en séries de 5 à 10 répétitions entrecoupées de périodes de repos de quelques secondes. La difficulté dépend évidemment du choix de la résistance qui est modulable sur la plupart des appareils. Les fabricants prétendent que les résultats positifs sur la performance se manifestent après environ six semaines d'entraînement. Mais, en général, deux ou trois séances suffisent pour que les athlètes trouvent l'exercice moins contraignant. Est-ce que cela apporte quelque chose sur le terrain? Là encore, nous avons trouvé la trace d'une étude très favorable au cours de laquelle 14 rameuses de haut niveau avaient effectué des tests d'effort en laboratoire avant et après une période de 11 semaines d'entraînement journalier des muscles inspiratoires. Le protocole semblait très sérieux! Sept d'entre elles devaient faire chaque jour 30 inspirations contre une résistance correspondant à 50% de la pression maximale d'inspiration mesurée à la bouche. Pendant ce temps, les 7 autres effectuaient 60 inspirations contre une résistance trop faible pour solliciter de façon significative les muscles inspiratoires (15% seulement de la pression maximale d'inspiration). On analysait ensuite les résultats des deux groupes dans des tests d'effort sur rameur en laboratoire (l'un sur 6 minutes et l'autre sur 5000 mètres). On s'aperçut ainsi que les rameuses du groupe expérimental avaient amélioré leur performance au 5000 mètres de 36 secondes en moyenne (soit une amélioration de 3,1%), alors que le groupe contrôle ne l'avait amélioré que de 11 secondes (soit 0,9%). L'analyse des résultats livrait d'autres données intéressantes, notamment sur la fatigue des muscles inspiratoires, comme l'indique le tableau ci-dessous.  

Tableau

Légende : La comparaison des résultats enregistrés au sein des deux groupes révèle une amélioration de la performance, faible mais significative, et surtout une énorme différence dans la force maximale des muscles inspiratoire. 

Si cette recherche sur les rameuses aboutit à des résultats concluants, ce n'est pas forcément le cas de toutes les études sur le sujet. Il fallait donc les soumettre à un gros travail de recoupement des données protocolaires pour comprendre l'origine des divergences. La chercheuse anglaise Alison McConnell s'est attelée à cette tâche avec son collègue Lee Romer de l'Université de Brunel (Middlesex). Au terme d'une analyse critique et complète de toutes les données disponibles, ils rédigèrent des conclusions très favorables au nouveau type d'entraînement. Pour eux, il ne fait quasiment aucun doute que le renforcement des muscles respiratoires peut participer à une amélioration de la performance dans les épreuves d'une durée de 6 à 60 minutes. Certains indices laissent également envisager une incidence positive sur le temps de récupération pendant un test de sprints répétitifs. Voilà qui devrait également intéresser les athlètes des sports collectifs. Mais de nombreux points restent relativement obscurs. L'un d'eux concerne le type de muscles qu'il convient de travailler de façon spécifique. Car ce ne sont évidemment pas les mêmes qui participent à l'effort d'inspiration ou d'expiration. Tous les appareils disponibles sur le marché offrent une résistance à l'entrée de l'air dans les poumons tandis que le chemin inverse s'effectue librement. Les concepteurs partent du principe que l'expiration est de toute façon passive lors d'un exercice à intensité faible ou moyenne. Leur renforcement n’aurait donc aucun intérêt. C’est également l’avis des professeurs McConnell et Romer. Un seul modèle (PowerLung) propose une résistance à la fois à l'inspiration et à l'expiration. Est-ce seulement un gadget? J'ai posé la question à des athlètes et des entraîneurs qui recourent régulièrement à ces méthodes de préparation et tous m'ont affirmé qu'ils préféraient coupler l'exercice à l'inspiration et à l'expiration plutôt que seulement à l'inspiration. Ils rejoignent ainsi l'avis du professeur Gregory Wells de l'hôpital des enfants malades à Toronto. Les tests qu'il mène actuellement auprès des nageurs et des cyclistes de haut niveau montrent effectivement que le travail des muscles expiratoires augmente proportionnellement à l'intensité de l'effort et peut même devenir très important à plein régime. Dans le cadre d'une série d'articles (en instance de publication), il prône le renforcement de l'ensemble des acteurs de la respiration, agonistes et antagonistes, comme on le ferait d’ailleurs pour n'importe quelle autre chaîne musculaire. 

Un nouveau souffle sur l'entraînement 

Enfin, une dernière grosse incertitude demeure à propos des mécanismes qui pourraient expliquer cette amélioration des performances. Et là, personne ne connaît la réponse. On ne peut qu'émettre des hypothèses. Celle-ci, par exemple: on sait qu'à plein rendement, le temps de passage du sang dans le réseau alvéolaire est particulièrement court, ce qui complique évidemment les échanges gazeux. Il est évident que si l'on augmente le territoire d'échange grâce à des muscles respiratoires plus puissants, capables de faire pénétrer l'air dans des recoins pulmonaires peu visités auparavant, on devrait logiquement améliorer la saturation sanguine en oxygène et donc le niveau de performance. Cette hypothèse séduisante se trouve néanmoins contredite par les mesures de laboratoire. D’après les paramètres expérimentaux, on ne peut pas dire effectivement que l'amélioration des performances découle de modifications majeures dans les composantes centrales ou périphériques du système de transport de l'oxygène. En clair, une puissance accrue des muscles respiratoires ne change rien à la VO2 max! Il fallait donc trouver autre chose. Certains chercheurs ont alors envisagé la chose sous l'angle de la biomécanique. Des muscles respiratoires bien entraînés fonctionnent peut-être en économie d'énergie, même lors d'un effort intense, du fait d'une plus faible résistance dans l'alternance rapide des phases concentriques et excentriques. Peut-être nécessitent-ils même une irrigation sanguine moindre, ce qui permettrait une meilleure redistribution aux muscles actifs. On cherche actuellement le moyen de tester ces nouvelles hypothèses. Après des années durant lesquelles les adeptes de presque toutes les disciplines sportives ont découvert les vertus de l'entraînement en salle, il se pourrait bien qu'on soit à l'aube d'une nouvelle période de musculation respiratoire. La mise à disposition de petits appareils rend les choses particulièrement faciles et bon marché. D'un autre côté, les athlètes pourraient aussi se lasser très vite de leurs nouveaux joujoux, à l'instar des cyclistes de l'équipe olympique canadienne de VTT, comme nous l'a confié leur entraîneur Yury Kashirin (***). Lui-même est un partisan convaincu de la valeur de l'entraînement en force des muscles respiratoires. Pour préparer les grandes échéances de la saison, il leur avait tous conseillé d'utiliser un PowerLung. Après une première phase de curiosité, il s'est aperçu que la plupart des coureurs avaient abandonné l'appareil dans un tiroir. "Cette forme d'entraînement n'est pas encore entrée dans la tradition sportive!", commente-t-il. Le sera-t-elle un jour?

Guy Thibault, Ph.D.

Sport et Vie n° 90 

(*) La capacité vitale désigne la différence de volume entre la fin d'une expiration forcée et la fin d'une inspiration forcée. Pour les jeunes adultes, ce paramètre oscille généralement entre 3 et 8 litres.
(**) Le débit ventilatoire de pointe ou peak flow témoigne de la puissance de contraction des muscles respiratoires et d'un passage optimum de l'air au niveau des bronches. La mesure s'effectue sur 1/100 de seconde, mais s'exprime en litres par minute (entre 300 et 800)
(***) Kashirin fut lui-même médaillé d'or des Jeux olympiques de Moscou dans l'épreuve de poursuite par équipes.  

Références:

Markov G et al. (2001) Respiratory muscle training increases cycling endurance without affecting cardiovascular responses to exercise, Eur J Applied Physiol, 85: 233‑9.
McConnell AK et LM Romer (2004) Respiratory muscle training in healthy humans: resolving the controversy, Int J Sports Med 25(4): 284‑93.
Stuessi C et al. (2001) Respiratory muscle endurance training in humans increases cycling endurance without affecting blood gas concentrations, Eur J Applied Physiol 84: 582‑6.
Volianitis S et al. (2001) Inspiratory muscle training improves rowing performance, Med Sci Sports & Exercise 33(5): 803‑9.
Wells GD et al. (soumis pour publication) Effects of concurrent inspiratory and expiratory muscle training on respiratory and exercise performance in competitive swimmers.