Cinématique de l'activation des muscles ventilatoires pour la performance, comment gérer le volume expiratoire de réserve et la puissance inspiratoire maximale

Le processus de ventilation demeure d'une grande complexité et implique l'activation coordonnée de plusieurs groupes musculaires .

Des études cliniques et de surveillance physiologique ont consensuellement révélées des schémas automatiques (géré par l'activaiton du sytème nerveux autonome) établis dans l'activation des muscles ventilatoires, en particulier lors des inspirations rapides et puissantes.

Il apparait par exemple que, lors d'inspirations où le volume maximal et une puissance inspiratoire optimale sont recherchés, les muscles intercostaux externes sont sollicités en priorité, avant le diaphragme (sur une approche automatique sans conscientisation).

Cette observation est appuyée par ces memes recherches qui montrent que les intercostaux externes sont essentiels pour l'élévation de la cage thoracique, augmentant ainsi le volume thoracique plus rapidement.

Mobilisation Musculaire et Inspiration

Lors d'une inspiration rapide, l'activation initiale des muscles intercostaux externes facilite l'augmentation rapide de la capacité thoracique.

Ce processus est crucial, car il répond à une demande accélérée d'air et de ventilation minute.

L'étude de l'anatomie humaine démontrent que ces muscles, en collaboration avec les muscles scalènes, jouent un rôle prépondérant dans les phases initiales de l'inspiration en augmentant le diamètre thoracique.

Le diaphragme quand à lui, reconnu comme le principal muscle inspiratoire, est souvent recruté secondairement dans cette situation.

Pourtant, son activation initiale reste cruciale pour une ventilation maximale en termes de volume et puissance (volume par unités de temps), favorisant ainsi également la diffusion alvéolaire (efficacité de la ventilation).

Optimiser son utilisation (et son activation initiale) sur toute la gamme d'intensités d'efforts nécessite une prise de conscience et un entraînement spécifique à la mécanique ventilatoire.

L’enjeu de la performance globale dans les sports d’endurances notamment, implique, OBLIGATOIREMENT, une parfaite habileté dans l’utilisation de la capacité ventilatoire

Afin de déterminer et modéliser cette dernière dans des conditions statiques, un test spirométrique standardisé permet de mesurer :

• La puissance inspiratoire (S-Index en CmH20)

• Le débit inspiratoire (flow en L/s)

• Le volume total inspiratoire (en L).

Pour réaliser ce test, une inspiration maximale est requise, tant en termes de puissance que de volume total.

Sans un contrôle spécifique par la conscientisation du recrutement du diaphragme en priorité, puis à l'ensemble de la chaîne cinématique de la mécanique inspiratoire, le test des capacités ventilatoires statiques ne sera ni révélateur ni représentatif.

Une coordination et mobilisation complète de tous les muscles ventilatoires est nécessaire.

L'activation initiale du diaphragme, suivie des intercostaux externes à une vitesse maximale, sur une amplitude totale, est une compétence née d'habilités développées lors d'entraînements inspiratoires spécifiques.

Cette compétence est le principal discriminant observé lors de l'analyse des tests de spirométrie chez les athlètes d'endurance (plus de 4000 tests effectués) même au sein d'une population très entraînée avec des Vo2 Max supérieures à 90 ml/min/kg.

Bien que certains discriminants statiques s'atténuent parfois en dynamiques, ils restent néanmoins des indicateurs marqués des limitations (pouvant etre structurelles) mais plus souvent fonctionnelles des capacités du système ventilatoire de l'athlète.

C'est une indication pertinente pour l'orientation de la programmation de l'entraînement ventilatoire en vue de l'amélioration des performance de l'athlète dans son sport cible.

Stratégies d'Expiration et Volume Courant (Tv)

En matière d'expiration, il est également crucial également (Tv = cycle inspiratoire + expiratoire) d'améliorer le volume d'air expiré.

Cela inclut de fait l'utilisation du volume expiratoire de réserve (VER).

De facons consensuelles les études démontrent que le VER est essentiel pour une ventilation efficace, mais son utilisation nécessite un engagement des muscles abdominaux et une pression maximale exercée par le diaphragme, pouvant devenir un facteur plus limitant si la stabilité du tronc est sollicitée.

De plus, l'expiration de ce volume est plus longue (debit plus faible) en raison d'une faible pression intra-abdominale, liée à l'équilibre des pressions partielles entre les différents milieux.

La gestion de la modulation de l'utilisation du VER est cruciale, et ce, dès l'approche du seuil d'adaptation ventilatoire (VT1), jusqu'à des fréquences ventilatoires élevées (34-36 cycles par minute), où il peut être intégré efficacement permettant de maximiser le volume courant (Tv) en abaissant la fréquence ventilatoire (Rf) pour un meme volume total.

Cet aspect est l'un des piliers de la performance globale lors d’efforts stochastiques ou continus à travers l'amélioration du cout énergétqiue général du système ventilatoire

Cette gestion du volume courant (Tv) avec l'intégration du VER devient critique à des fréquences élevés à très élevées (40 à 55 cycles par minute), fréquences constatées dans le domaine d'intensité "Heavy," soit au-delà du seuil d'inadaptation ventilatoire (VT2).

Plus la fréquence ventilatoire va s'élever pour palier la très forte augmentation de la pression partielle en CO2 (>VT2), plus l'utilisation de ce volume va se reduire à cause de son trop grand coût temporel versus le poucentage du volume total qu’il représente.

Il sera plus judicieux à ces fréquences ventilatoires (Rf) de prioriser l'accès partiel à un volume maximal en se concentrant sur la partie centrale du schéma ventilatoire, en évitant les extrémités du remplissage et du vidage des poumons qui sont les plus chronophages sur à l’échelle du ratio volume/temps .

Les recherches conduites sur l'ensemble des monitoring et profilages que j’ai conduit ces 4 dernières années indiquent que l'utilisation excessive, pour des fréquences ventilatoires élévées (à partir de 38 à 40 bpm chez les athlètes professionnels hautement entrainés et pratiquant Ventilatory strategies and training) du Volume Expiratoire de Réserve (VER) limitent la vitesse d'expiration, réduisant ainsi le volume total (VE) indispensable à l'élimination du CO2 et perturbant l'équilibre acido-basique, ce qui précipite les déséquilibres métaboliques.

L'amélioration de cette capacité à utiliser le VER et donc à repousser son "seuil d'inutilisation" est l'un des enjeux de l'entrainement des muscles ventilatoires.

L’enjeu est donc de ……

Maximiser le volume d'air par unité de temps, tout en privilégiant un volume courant idéal (i Tv ou i Tv R documentés dans ce blog) en contenant la fréquence ventilatoire (Rf) pour un volume total (VE) adapté et mesuré lors des profilages physiologiques initiaux et des monitoring tout au long du protocole Ventilatory strategies and training

Conclusion

L'intégration de la conscientisation dans les stratégies ventilatoire est primordiale pour optimiser la capacité ventilatoire.

La predominance du rôle du diaphragme demeure l'axe essentiel et l'enjeu majeur de cette capacité.

En pratique, la gestion de la modulation cinsciente du volume expiratoire de réserve est cruciale pour améliorer le volume courant et l'efficacité globale ventilatoire, quelque soit le contexte d'intensité dès l'approche du seuil d'adaptation ventilatoire (VT1) et encore plus dans des contextes d'efforts intenses, comme révélés par les différents travaux consultables sur ce blog sur l'efficacité ventilatoire à l' exercice.

Ces approches permettent une amélioration de la performance gloable (documentés largement dans ce blog également) par:

• une meilleure diffusion alvéolaire,

• une baisse du cout de la ventilation,

• une amélioration de l'efficacité oxydative musculaire grace à la potentialisation de l'effet Bohr / Haldane,

• une baisse de l'effort perçut (RPE)

De plus, l'entrainement ventilatoire va générer une baisse du cout énergétique du métaboreflexe.

Pour finir et comme un rappel INDISPENSABLE...

Le transfert de l'amélioration des capacités ventilatoires à l'amélioration de la performance globale (Puissance, Vitesse.....) n'est possible qu'avec l'intrégrations de stratégies ventilatoiress spécifiques et déterminées individuellement

Ceci est tout l'enjeu du protocole Ventilatory strategies and training mis en place avec les athlètes.