Respiration et sport : Découvrez les secrets des poumons performants!

La respiration nous permet d’absorber l’oxygène de l’air ambiant et d’expulser le dioxyde de carbone produit lors de la création d’énergie. Durant un effort physique, le système respiratoire s’ajuste pour fournir les quantités nécessaires d’oxygène aux muscles, qui convertissent le glucose et les acides gras en énergie. Ce processus aide aussi à éviter l’accumulation de dioxyde de carbone et l’acidification du sang et des tissus.

Le fonctionnement des poumons

Contrairement à une idée reçue, ce ne sont pas les poumons qui élargissent la cage thoracique en se gonflant, mais plutôt la cage thoracique qui se dilate pour permettre aux poumons de se remplir d’air. Les poumons sont reliés à la cage thoracique par deux membranes appelées plèvres.

Durant l’inspiration, les muscles entre les côtes (muscles intercostaux) se soulèvent, agrandissant le volume de la cage thoracique. En même temps, le diaphragme (le muscle qui sépare les poumons de l’abdomen) descend, augmentant encore le volume disponible pour les poumons. Les plèvres accompagnent le mouvement de la cage thoracique et du diaphragme, poussant ainsi les parois des poumons et créant un vide qui aspire l’air.

Pendant l’expiration, le processus inverse a lieu : la cage thoracique se contracte, le diaphragme monte et les poumons, de nature élastique, se rétractent et expulsent l’air.

Lorsque l’air entre dans le corps, il traverse d’abord le nez où les muqueuses humides filtrent jusqu’à 80 % des poussières et des bactéries. L’air est également humidifié et réchauffé à 37 °C avant d’atteindre la trachée, où les particules restantes sont capturées. Finalement, l’air arrive dans les bronches puis dans les alvéoles pulmonaires. Ces petits sacs, entourés de capillaires sanguins, sont le site d’échange entre l’oxygène et le dioxyde de carbone. La surface totale des alvéoles est d’environ 100 m2.

Les poumons ne se vident jamais complètement lors de l’expiration. L’air inspiré se mélange à l’air résiduel non expiré. Seule une petite fraction de l’air alvéolaire est renouvelée à chaque cycle respiratoire. L’air inhalé contient 21 % d’oxygène et 0,03 % de dioxyde de carbone, tandis que l’air exhalé contient environ 16 % d’oxygène, mais 4 à 5 % de dioxyde de carbone.

Le système respiratoire

Les poumons enrichissent le sang en oxygène et éliminent le dioxyde de carbone.

Adaptation du système respiratoire lors de l’exercice

Durant une activité physique, les poumons sont plus sollicités pour apporter l’oxygène nécessaire et évacuer le dioxyde de carbone.

Adaptation immédiate des poumons durant l’activité physique

Lors d’un effort, certaines zones du cerveau qui contrôlent la respiration sont activées par divers facteurs :

• des signaux provenant des récepteurs situés dans les muscles et les tendons,
• l’augmentation du niveau de dioxyde de carbone dans le sang et la baisse de celui de l’oxygène,
• une hausse du taux d’adrénaline, etc.

Sous l’influence de ces signaux, la fréquence respiratoire s’accroît, les muscles intercostaux et le diaphragme se contractent plus vigoureusement, augmentant le volume de la cage thoracique lors de l’inspiration.

Le volume d’air ventilé par les poumons augmente légèrement avant le début de l’exercice (en anticipation) puis de manière plus marquée au début de l’effort. Il atteint un point d’équilibre quelques minutes après le début de l’activité. Parfois, cette adaptation peut être accompagnée d’une gêne temporaire, comme un point de côté, qui disparaît par la suite.

Pour capter plus d’oxygène et évacuer plus de dioxyde de carbone, il est plus efficace d’augmenter le volume d’air ventilé plutôt que la fréquence respiratoire. Les débutants, en particulier, ont tendance à faire l’erreur inverse : ils accélèrent leur rythme respiratoire sans inspirer et expirer suffisamment profondément, ce qui limite le renouvellement de l’air dans les alvéoles et peut rapidement mener à une sensation de manque d’oxygène.

Durant un effort, le volume d’air brassé par les poumons peut passer de 6 à 8 litres par minute au repos à 80 à 150 litres par minute, selon l’intensité de l’exercice. Chez les athlètes de haut niveau, ce volume peut même atteindre 250 litres par minute. Simultanément, de nombreux capillaires pulmonaires se dilatent pour augmenter le débit sanguin dans les poumons, optimisant ainsi le prélèvement et la fixation de l’oxygène sur l’hémoglobine des globules rouges.

À la fin de l’exercice, le volume d’air ventilé diminue rapidement en quelques secondes, mais le rythme de repos n’est retrouvé qu’après plusieurs minutes.

Adaptation à long terme des poumons au sport

Les sportifs, surtout ceux pratiquant régulièrement des sports d’endurance, apprennent à favoriser l’augmentation du volume d’air inspiré (en respirant plus profondément) plutôt que d’accélérer la fréquence respiratoire.

Ceci améliore l’approvisionnement en oxygène à chaque inspiration (l’air vicié restant dans les poumons est dilué par de l’air frais) et demande moins d’énergie (les muscles intercostaux et le diaphragme se contractent plus fortement mais moins fréquemment). La fréquence respiratoire au repos diminue et est plus rapidement retrouvée après l’effort.

Échauffement et récupération du système respiratoire

Tout comme pour le système cardiovasculaire, un échauffement adéquat permet au système respiratoire d’atteindre progressivement un fonctionnement optimal. Il aide à augmenter graduellement le volume d’air inspiré jusqu’à atteindre un équilibre, si l’intensité de l’exercice reste constante.

La récupération active est cruciale pour reconstituer les réserves d’énergie utilisées aux premiers stades de l’exercice, pendant les phases anaérobies. Cette reconstitution est proportionnelle à la quantité d’oxygène qui a manqué durant l’effort, en particulier au début, avant que les systèmes cardiovasculaire et respiratoire ajustent leur rythme. L’échauffement, en augmentant les rythmes cardiaque et respiratoire avant le début de l’exercice, aide à réduire la dette d’oxygène.