Sport : record d’apnée statique

La ventilation pulmonaire est cyclique, « l'inspiration appelle l'expiration », et s'adapte à l'effort fourni (homéostasie), mais il est possible de la contrôler, d'en modifier le volume, la fréquence, voire de la suspendre. L'apnée est la suspension ventilatoire temporaire et volontaire de la respiration. L'expiration est l'apanage des muscles abdominaux et de l'élasticité de la cage thoracique qui abaisse les dernières côtes et entraine un déplacement du diaphragme vers le haut (la respiration scapulaire est anecdotique). A l'inspiration l'air passe le nez et la bouche, arrive au niveau du pharynx (tuyau annelé d'une douzaine de centimètres), débouche dans la trachée qui conduit aux bronches-souches qui pénètrent chacune dans un poumon avant de se diviser en de multiples branches dont le calibre diminue à chaque division pour atteindre les bronchioles qui se terminent par les alvéoles derrière lesquelles se trouve les capillaires. Le lecteur est invité à se reporter à la planche.

Les échanges gazeux sont dominés par la pression partielle du gaz alvéolaire (PAo2) et du sang artériel (Pao2). « La pression alvéolaire de CO2 croît dans les dix premières secondes d'apnée puis de tendre vers une asymptote vers une minute ». Les molécules d'O2 (dioxygène) et de CO2 (dioxyde de carbone) franchissent la membrane alvéolo-capillaire par diffusion grâce à la différence de pression partielle (solubilité de l'oxygène 0,024 et solubilité du CO2 0,57). Une partie de l'oxygène est dissoute dans les alvéoles tandis que la plus grande partie se combine chimiquement avec l'hémoglobine pour être acheminée aux tissus. Si la quantité d'oxygène dissoute dans le sang est proportionnelle à la pression partielle du gaz (loi de Henry), il n'en va de même pour l'O2 fixé sur les hématies. Sa dissolution est une courbe et correspond à la réaction chimique. Le sang absorbe le CO2 et le renvoie aux alvéoles d'où il sera expiré. Les globules rouges libèrent du CO2 qui passe dans les alvéoles et le sang va fixer l'oxygène contenu dans les alvéoles. Le sang « rouge » circule dans les capillaires réunis les uns aux autres pour former les veinules qui vont former des veines de plus en plus grosses et donner naissance aux quatre veines pulmonaires rejoignant le cœur chargé d’approvisionner l'organisme en oxygène. Pour résumer le cycle du ravitaillement en O2 passe par les étapes : alvéolaire, artérielle (Hb), tissulaire (Hb diffuse au niveau des capillaires), veineuse (oxyhémoglobine), et le cycle d'épuration du CO2 : étape tissulaire, veineuse, alvéolaire et artérielle.

La respiration pulmonaire est un phénomène lié au fonctionnement du système nerveux central. Le stimulus CO2 est considéré comme le plus important pour la régulation de la ventilation. Le centre respiratoire du tronc cérébral situé dans la partie inférieure du cerveau et au-dessus de la moelle épinière, règle les mouvements respiratoires par des impulsions nerveuses à destination des muscles ventilatoires. L'impulsion n'est pas déclenchée par le manque d'oxygène mais par le pH et la teneur en CO2 dans le liquide céphalo-rachidien. L'apnée bloque les décharges dans le nerf phrénique et suspend le circuit ventilatoire, proche de la rupture de l'apnée le nerf phrénique incite le diaphragme à se contracter spasmodiquement provoquant une dépression dans les poumons, (phénomène réflexe de Brener-Herring).

Si la composition moyenne d'air expiré est : 16 % d'O2 - 4 à 5 % de CO2 - 79 % N2 (diazote inchangé) et de la vapeur d'eau à saturation, la composition du gaz expiré n'est pas constante. «  Lors de l'expiration, la première partie de l'air expiré n'a pas participé aux échanges gazeux alvéolaires et s'associe au volume de l'espace mort anatomique (environ 150 ml chez l'homme). La seconde partie montre une augmentation de Pco2 et une chute de Po2. L'hyperventilation ou la respiration d'oxygène augmente PAo2 et crée une hyperoxie alvéolaire ».

Le cœur droit assure la circulation pulmonaire, le cœur gauche la circulation systémique. Au repos le cœur expulse à chaque minute le volume total de sang contenu dans l'organisme, environ 5 litres (le débit dépend de la taille et du poids) dont 3 litres dans les veines, 1 litre dans les poumons, 3/4 de litre dans le cœur, les artères et les artérioles et 1/4 dans les capillaires. Dés l'immersion du nez et des lèvres, le rythme cardiaque ralentit, en cause ? le réflexe de bradycardie. Le rythme cardiaque passe de 70 à 50 pulsations minute chez l'homme lambda, à 30 chez l'apnéiste entraîné. La diminution du débit cardiaque retarde les transferts d'oxygène et de CO2 au niveau des tissus ; la température de l'eau entraine une vasoconstriction, le sang se retire des régions périphériques afin de protéger les organes profonds (le cerveau consomme près de 20 % de l'oxygène). Dès l’immersion il y a contraction splénique (rate) avec augmentation du taux de globules rouges (hématies ou érythrocytes), ce phénomène se prolonge jusqu’à près d'une heure après l’apnée. On trouve 5 000 000 000 000 (5.10^12) globules rouges par litre de sang avec une durée de vie d'environ 120 jours, après ce laps de temps elles sont détruites dans le foie, la rate et la moelle osseuse. La molécule d'hémoglobine (280 000 molécules dans chaque hématie) peut recueillir, transporter et libérer 4 atomes d'oxygène.

La plus longue apnée avec oxygénation préalable en surface était détenue par Budimir Sobat avec 24' 37" (27 mars 2021), et le plus ancien record par Al Gidding avec 11 minutes et 35 secondes (1958). Le record d'apnée statique sans respiration d'oxygène pur est détenu par Stéphane Mifsud avec 11 minutes et 35 secondes. La respiration d'oxygène permet de « tripler » la durée d'apnée en partie grâce à la désaturation partielle de l'azote. Dans des conditions physiologiques normales, la saturation en oxygène dans l'hémoglobine est pratiquement totale (effet Gesel), seulement 6 % d'oxygène sur les 21 % inhalés sont absorbés par les tissus. La quantité d'oxygène absorbée au repos est d'environ 250 cm³ contre 1 200 cm³ pour une nage à 1 km/h, 2 litres à 1,5 km/h et 2,8 litres à 2 km/h. En piscine, l'apnéiste en maillot consomme environ 170 kcal contre seulement 30 kcal revêtu d'une combinaison en Néoprène.

La Confédération Mondiale des Activités Subaquatiques a refusé à homologuer ce record. En 2024 la CMAS et l'Association internationale pour le Développement de l'Apnée avaient banni le Croate de toutes compétitions pendant six mois après la découverte dans sa valise de produits connus pour leurs propriétés d'amélioration des performances lors de son séjour au Vertical Blue, aux Bahamas. Le sportif, ambassadeur de l'ONG Sea Shepherd n'a jamais été contrôlé positif lors d'un test antidopage. A son actif le record du monde du plus long parcours de marche sous-marine en apnée en piscine avec 107 mètres parcourus sous l’eau en une seule inspiration de 3 minutes et 6 secondes le 17 septembre 2021.

« Je me suis déjà lancé un certain nombre de défis... mais celui-ci a été l'un des plus difficiles. (...) J'ai eu du mal mentalement... A peu près à mi-durée, j'ai envisagé de renoncer. (...) Le simple fait d'aller sous l'eau déclenche une série de processus physiologiques qui vous plongent directement dans une zone mentale particulière. On n'a pas d'autre choix que de concentrer son attention sur une seule chose : où on est et ce qu'on fait. (...) Quand je plonge, je me déconnecte complètement, c'est comme si je n'étais plus là. Chaque fois que je pense avoir poussé mon corps au-delà de ses limites, une opportunité apparaît ».

L'entrainement à l'apnée vise à habituer les cellules à renouer avec un semblant de vie anaérobie (privé d'oxygène). « L'organisme ne dispose que de réserves peu importantes d'oxygène contenues, presque uniquement dans le sang. Par contre les stocks de CO2 sont considérables, en particulier dans les tissus. L'organisme est donc plus sensible à une diminution du ravitaillement en oxygène qu'à un déficit de l'excrétion du CO2  ». Un mystère subsiste, si en fin d'apnée le sportif expire dans un sac puis en ré-inhale le contenu, l'apnée est prolongée alors que le volume expiré est légèrement hypoxique et chargé en CO2 ! Reflex proprioceptif des muscles respiratoires et des articulations costo-vertébrales ?

Le candidat à l'apnée peut améliorer ses performances en s’astreignant à des d’exercices. On distingue : le volume courant 0,5 litre - le volume de réserve inspiratoire forcé 2,5 l - le volume de réserve expiratoire expiration forcée 1,5 l - la capacité vitale la somme des volumes mentionnés environ 4,5 l. Le volume résiduel représente la quantité d'air qui reste dans les poumons et les voies aériennes après une expiration forcée, environ le 1/4 de capacité totale (chiffres moyens). Le volume moyen des poumons est compris entre 3 et 5 litres et entre 7 et 12 litres chez les apnéistes. La fréquence respiratoire varie 13 à 20 cycles par minute avec un volume au repos d'environ 3,5 l par mètre carré de surface corporelle, soit 5 à 8 l/mm. Pour rappel, cet articulet aborde l'apnée statique à pression constante ; l'agachon a une phase dynamique (descente), statique (affût) et dynamique (remontée).

L'entraînement augmente les volumes respiratoires de 5 à 10 % sauf le volume résiduel qui lui décroît. « Une expiration lente et inspiration passive permet une amélioration après quelques semaines une capacité vitale de 150 à 380 cc, la VMM de 2 à 12, et le VEMS peut augmenter jusqu'à 250 CC. l'amélioration gazomètrique est supérieure à celle d'une hyperventilation et se fait sans fatigue » (E.Berglund 1978). L'amplitude maximale des mouvements thoraciques chez l'adulte correspondant à la différence entre la circonférence du torse à la hauteur des mamelons après une inspiration forcée et à la suite d'une expiration forcée est de l'ordre de 6 cm (indice de Hirtz). Un homme qui ventile 8 litres minutes peut ventiler 16 fois 500 cm³, le volume alvéolaire passe alors à 5 600 ml et celui de la ventilation de l'espace mort à 2 400 ml - 32 fois 250 cm³ ventilation du volume alvéolaire de 3200 ml et celle de l'espace mort de 4 800 ml - 8 fois 1 000 cm³ volume alvéolaire 6 800 ml et espace mort 1 200 ml (André Vandevenne).

Exercices types : travail expiratoire abdominal, expansion et assouplissements thoraciques en décubitus, en flexion et assis - respiration contre une résistance - hyperventilation isocapnique - gestion des contractions réflexes pour retarder la rupture de l'apnée - résistance à l'hypercapnie et à l'hypoxie - ventiler contre une résistance (respirer à travers une « paille », un spiromètre, un ventimètre, expirer les lèvres pincées pour augmenter la pression intra-bronchique) - s'entrainer à moyenne altitude - utiliser des tables CO2 (temps de récupération entre les apnées est progressivement réduit. Carping ; technique qui permet de stocker plus d'air en utilisant une manœuvre de Freznel pour refouler l'air vers la trachée. A noter que la gorge abrite à la fois une voie aérienne et une voie alimentaire (l’œsophage). Lorsque vous « buvez la tasse », l'épiglotte (valve cartilagineuse) ferme la trachée pour éviter l'inondation des bronches (noyade).

Les apnéistes pour améliorer leurs performances se tournent vers différentes méthodes de relaxation mentale, concentration et décontraction musculaire : Yoga, Jacobson (contraction-décontraction), massages réflexes Kohlraush, training autogène de Schultz (suggestions), Caycedo (sophronisation), biofeed-back, visualisation mentale associée (Jacques Mayol « voyait » des dauphins). Certains ont recours à : une supplémentation (fe, B12, B6, Cu), bêtabloquants, Sildénafil, érythroïétine, Théophhylline, Dihydrocodéine et vagolytiques... Une correction, une précision, une remarque ?

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