Poumons – Respiration et contrôle des acides

Si votre corps pense que quelque chose est important pour sa survie, il accumulera cela au-delà de ce dont il a besoin pour survivre. Vous avez probablement compris que si vous retenez votre souffle pendant plus de quelques minutes, la mort s'ensuit rapidement… ou du moins une folle envie de respirer. C’est dire à quel point les poumons sont importants. Sans oxygène, le corps mourra en quelques minutes, c'est donc l'un des systèmes les plus robustes, redondants et soigneusement contrôlés du corps … et nous, les nageurs, avons tendance à beaucoup le manipuler, alors voyons comment tout cela fonctionne. (oh… et il y a bien plus que de l’O2).

Plein d'air chaud

Tout d’abord, nous devons comprendre comment faire entrer l’air extérieur dans les poumons. Le corps utilise les muscles comme les autres. Au repos, vous sollicitez le diaphragme et les muscles externes des côtes (appelés intercostaux = « entre les côtes »). Lorsqu'ils se contractent , ils dilatent la poitrine, ce qui crée une pression négative, et l'air est aspiré par la bouche, le nez et la trachée (appelée trachée, la chose dure devant votre cou). L'expiration au repos ne nécessite aucun muscle . Les muscles inspirateurs se détendent, la paroi thoracique recule et expulse l'air.

Mais lorsque vous faites de l’exercice, les choses deviennent un peu plus intenses. Quatre muscles supplémentaires interviennent et aident à l'inspiration, et l'expiration devient forcée, en utilisant les muscles internes des côtes et les abdominaux (vous êtes-vous déjà demandé pourquoi vous avez du mal à respirer lorsque vous faites des exercices abdominaux en zone aride) ? Alors pourquoi parle-t-on de tout cela ? Au repos, ces muscles respiratoires consomment environ 2 % de l’O2 que vous inspirez. Mais lors d’un exercice maximal, ce chiffre peut atteindre 15 %. C'est une grande quantité d'énergie qui ne va pas à vos muscles pour vous aider à nager plus vite. Heureusement, ces muscles, comme tous les autres, peuvent être entraînés et améliorés.

Tangente : les athlètes utilisant un appareil d'assistance respiratoire ont amélioré leurs performances car ils n'avaient pas besoin de dépenser autant d'énergie pour respirer et pouvaient concentrer l'énergie supplémentaire sur leurs muscles… un respirateur implantable alimenté par batterie ?

Lorsque l’air est aspiré, il traverse une série de tubes appelés bronchioles (du grec « trachée ») qui sont entourés de muscles lisses (tout comme les artères et les veines). Ces muscles lisses peuvent se contracter, fermer les bronchioles et contrôler la destination de l'air dans les poumons. Je le mentionne ici uniquement parce que ces bronchioles constituent un gros problème dans l'asthme, la bronchoconstriction induite par l'exercice et la BPCO chez les fumeurs (plus d'informations dans la leçon sur les blessures).

Au bout de ces minuscules trachées se trouve l’alvéole (qui signifie « petite cavité » en latin). Une alvéole est un ballon microscopique rempli d'air . C'est là que la magie opère. Vous voyez, tout ce que votre corps doit faire pour obtenir suffisamment d’O2 est d’exposer chaque cellule du corps à l’air. Puisqu’il y a moins d’O2 dans la cellule (car il est utilisé par les mitochondries), l’O2 de l’air se diffusera naturellement dans la cellule. Évidemment, cela n’est pas possible, la plupart des cellules qui composent notre corps se trouvent profondément sous des couches de tissus, et les exposer toutes directement à l’air nécessiterait que vous preniez la forme d’une crêpe d’une ou deux cellules d’épaisseur. Au lieu de cela, les alvéoles le font pour vous. Ils augmentent la surface des poumons à 50 mètres carrés, soit la taille d'un demi-court de tennis (par rapport à votre surface cutanée qui est de 1,5 mètre carré) !

Tangente : L'emphysème est une maladie dans laquelle vous perdez des alvéoles. La diminution de la surface signifie que ces patients ne peuvent pas être suffisamment exposés à l’O2 présent dans l’air. Ils ont du mal à respirer, même au repos, et finissent par mourir étouffés. Cause principale… fumer.

Il ne suffit pas d’avoir une grande surface exposée à l’air, c’est pourquoi les vaisseaux sanguins et les capillaires entourent chaque alvéole et exposent le sang et les globules rouges en mouvement à l’air retenu dans l’alvéole. Lorsque le sang désoxygéné provenant du cœur droit traverse les capillaires des poumons qui entourent les alvéoles, l'hémoglobine à l'intérieur des globules rouges « capte » l'O2 (et rejette le CO2) alors qu'ils retournent vers le cœur gauche pour être pompé. vers le corps.

Au repos, le globule rouge passe environ une seconde à traverser le capillaire pulmonaire du début à la fin ; mais il ne faut que 0,25 seconde pour échanger complètement le CO2 contre l’O2. En raison de tout le temps supplémentaire accordé aux globules rouges pour faire leur travail, le flux sanguin peut être quadruplé (par exemple lors de l'exercice) sans toutefois voir de baisse de la saturation en O2. Cela signifie que TOUS les globules rouges qui passent sont complètement saturés d’O2, même lors d’un exercice maximal . Nous avons donc pensé… certains athlètes d’endurance très très très élites auront un flux sanguin si élevé et si rapide dans leurs capillaires pulmonaires que le sang n’aura pas assez de temps pour capter tout l’O2 qu’il pourrait, donc ces athlètes verront une baisse de la saturation en O2. lors d'un exercice intense. Cela ne semble pas avoir d’effet négatif sur leurs performances.

Tangente : Donc, si tout votre sang capte entièrement l'O2 lorsqu'il passe dans les poumons, alors pourquoi les athlètes aspirent-ils de l'O2 en marge ? Comment fournir plus d’O2 va-t-il vous aider si vous êtes déjà saturé ? L'esprit est une chose puissante, ne pensez-vous pas…

C’est toute l’anatomie pulmonaire, assez simple. Aspirez l'air, étalez-le sur une grande surface, placez-le à côté du sang qui coule, puis renvoyez-le et répétez. Les branchies fonctionnent de la même manière, sauf qu'au lieu de l'air, les poissons laissent passer l'eau à côté de leurs capillaires et captent l'O2 présent dans l'eau.

Comme nous l’avons dit dans la leçon Cardio, le débit cardiaque peut augmenter… considérablement. Et tout ce sang doit aller vers les poumons à chaque déplacement dans le corps. Le flux sanguin du cœur gauche et du cœur droit doit être toujours égal , sinon tout votre sang s'accumulerait dans les poumons ou dans le corps (cela se produit en cas d'insuffisance cardiaque). Cela signifie que le flux sanguin vers les poumons au repos est très faible par rapport à lorsque vous faites de l’exercice. Pendant ces périodes, vous n’envoyez pas une énorme quantité de sang vers les poumons et de nombreux capillaires (principalement dans les poumons supérieurs) sont fermés. Cependant, pendant l'échauffement, le débit cardiaque augmente, le flux sanguin augmente et les capillaires fermés s'ouvrent et permettent à davantage de sang d'être oxygéné par les poumons . Certains disent que c’est la cause du « second souffle ».

Rappelez-vous comment nous avons dit dans la conférence Cardio que l'entraînement de vos muscles entraînerait la croissance et l'extension des capillaires qui les entourent afin qu'ils puissent mieux alimenter les muscles ? La même chose se produit dans les poumons. Au fil du temps et avec l'entraînement, les capillaires des poumons se développeront de sorte que de plus en plus de sang puisse être oxygéné en même temps . Le nombre d'alvéoles reste cependant le même.

Avant de passer à la section « pourquoi avez-vous envie de respirer », encore un point sur les poumons que beaucoup de nageurs et d’entraîneurs oublient. Les poumons sont essentiellement de gros sacs remplis d’air chaud. L'air flotte, et donc lorsque vous nagez, il y a une « force de flottaison » (flottabilité) qui pousse votre poitrine vers le haut dans l'eau . Afin de maintenir un bon alignement de la scie de mer dans l'eau, l'entraîneur dit des choses comme « nagez en descente ! » Vos poumons sont la raison pour laquelle c'est difficile à faire, ils ne veulent pas couler, mais tous les bons nageurs doivent apprendre à appuyer avec leur poitrine et à avoir envie de « nager en descente » afin de forcer une bonne position du corps dans l'eau. Appuyer sur la poitrine dans l'eau nécessite des abdominaux assez forts (comme faire une planche pendant que vous nagez), et lorsque vous êtes fatigué… disons à la fin d'une course de 200 m, vos abdominaux lâchent et votre poitrine se soulève, vous faisant passer à la verticale. …très mauvais.

Pourquoi avons-nous faim d’air : pour absorber de l’O2 ou nous débarrasser du CO2 ?

C'est un peu compliqué…

Comme nous l’avons déjà dit, si quelque chose va vous tuer rapidement (comme une hypoglycémie ou un manque d’O2), le corps développe des redondances pour empêcher que ces choses ne se produisent. C’est pourquoi plusieurs chemins existent pour créer la sensation de « PRENDRE UNE RESPIRATION ». Trois des principales raisons de ce sentiment sont l’O2, le CO2 et le pH (acidité). Votre corps veut maintenir ces trois éléments dans ses limites, et la meilleure façon d’y parvenir est de contrôler la respiration.

Tangente : La complexité de la respiration a limité notre compréhension. Certaines parties du corps qui contrôlent la respiration et mesurent le CO2 et l’O2 dans le sang voient rarement des changements dans ces composés, alors comment contrôlent-elles la respiration !?

Le CO2 doit être retenu dans une plage étroite dans le sang. S'il augmente, vous aurez envie de respirer, et si vous hyperventilez, votre CO2 diminuera et vous n'aurez plus besoin de respirer . Les niveaux de CO2 peuvent changer très rapidement et cela a également un effet rapide sur la respiration.

L'O2, en revanche, ne descend pas très vite (car il ne se dissout pas aussi bien dans l'eau que le CO2), mais quand il le fait, il crée un très grand changement dans la respiration, bien plus fort que le CO2. C’est logique… dès que votre corps aura l’impression de manquer d’O2, il voudra que vous le récupériez . En fait, l’O2 l’emporte sur le CO2 et nous le voyons à deux endroits. Pendant l’exercice, la respiration pour maintenir l’O2 sera parfois suffisamment élevée, là où trop de CO2 est perdu dans les poumons, et votre CO2 sanguin chutera en dessous de la plage « normale ». Et en altitude, votre corps a du mal à remplir tous les globules rouges d’O2, donc l’augmentation de la respiration diminuera également le CO2 dans votre corps.

Maintenir l'O2 dans le sang est la priorité absolue de l'organisme, mais il est également important de maintenir le pH sanguin dans une plage étroite. Tout écart par rapport au pH normal de 7,35 à 7,45 entraînera un changement respiratoire pour « tamponner » le pH en éliminant le CO2 en cas de pH faible (sang acide) ou en gardant le CO2 en cas de pH élevé (sang basique). Nous verrons dans un instant comment le CO2 et l'acide sont fondamentalement interchangeables et que le corps peut contrôler l'un par l'autre . Que se passerait-il si votre pH changeait trop ? Les protéines fonctionnent en prenant des formes spécifiques pour faire leur travail. La forme appropriée dépend du pH. Une fois cette forme perdue, elle ne reviendra plus et vous mourrez… gravement.

Alors, comment tout cela fonctionne-t-il dans la vraie vie ? Vous avez probablement remarqué que dès que vous commencez à vous entraîner, votre respiration s'accélère rapidement pour répondre à la demande. Ceci est contrôlé par les neurones qui détectent les changements d’O2, de CO2 et de pH, augmentant automatiquement la respiration pour garder le corps heureux. Ce que vous ne remarquez pas, c'est que plus l'entraînement dure, plus vous respirez de plus en plus même si vous faites la même intensité de travail (disons une très longue série de 20x200). Cette lente augmentation de la respiration est due à des changements hormonaux et on ne sait vraiment pas pourquoi cela se produit. (Nous parlerons davantage des hormones dans une leçon dédiée).

Lorsque vous arrêtez de vous entraîner, la même chose se produit en sens inverse. Il y a une diminution rapide de la respiration due aux nerfs et une diminution plus lente et progressive due aux hormones. La façon dont votre corps contrôle cette augmentation et cette diminution compte plus pour les nageurs que pour les autres sports. Au début, votre respiration augmente en raison d'une combinaison de respirations plus profondes et d'un plus grand nombre de respirations par minute (c'est ce qu'on appelle le volume courant et la fréquence respiratoire). Mais à des intensités d’exercice élevées, seule la fréquence respiratoire augmente car la profondeur de la respiration est maximale. Un coureur ne s'en soucie pas car il peut respirer quand il le souhaite. Mais les nageurs pensent que c'est un gros problème car ils ne peuvent augmenter leur fréquence respiratoire qu'en augmentant leur fréquence de battements , ce qui nécessitera plus d'énergie et d'O2, ce qui augmentera leur respiration, ce qui augmentera leur fréquence de battements… ok, vous comprenez.

Tangente : Une température corporelle élevée augmentera également la fréquence respiratoire… augmentant la perception de l'effort, une autre raison pour laquelle les piscines chaudes sont plus douloureuses à entraîner.

Vous pensez peut-être que vous pouvez résoudre le problème de la faim d’air en entraînant vos poumons à augmenter leur taille et leur capacité. Désolé… pas possible. La taille de vos poumons est fixe, le nombre d’alvéoles est fixe et vous ne pouvez rien y faire. Mais ce que vous pouvez entraîner, c’est la sensibilité des nerfs qui contrôlent la respiration. Vous voyez, votre corps est un peu sensible aux changements de CO2, ce qui vous donne la sensation de « respirez MAINTENANT ». Mais plus vous exposez votre corps à cette sensation grâce à des exercices de contrôle de la respiration, moins ces nerfs réagissent et plus vous vous sentez à l'aise lorsque vous retenez votre respiration. Cela ne change pas les niveaux d’O2 dans le corps… vous vous évanouirez donc toujours en même temps.

En parlant d’évanouissement… hyperventiler avant un défi « nager aussi loin que possible sous l’eau » est une mauvaise idée à cause de ce dont nous avons parlé. Parce que la respiration est d’abord contrôlée par les niveaux de CO2, l’hyperventilation diminuera le CO2 dans le corps et vous permettra de vous sentir très à l’aise lorsque vous retiendrez votre respiration. MAIS… L'O2 va quand même s'épuiser en même temps et vous n'aurez pas cette sensation « vous avez besoin de respirer » pour vous dire quand remonter. Vous finissez donc par vous évanouir sous l’eau lorsque votre cerveau manque d’O2, et c’est à ce moment-là que l’entraîneur se lance.

Qu’en est-il de l’hyperventilation avant une course ? Je pense qu'il y a suffisamment d'autres signaux vous indiquant de respirer pendant une course qu'il est acceptable de faire de l'hyperventilation avant une course afin de faciliter la rétention de votre souffle. Mais n’oubliez pas que retenir votre respiration diminue la fonction cardiaque, car votre corps veut conserver l’O2 pour garder votre cerveau et votre cœur heureux. Donc, à moins que vous ne sprintiez sur 50 mètres… retenir votre souffle est en général une mauvaise idée pour un nageur.

Gérer l'acide : le lien entre le lactate et le CO2

Nous n’arrêtons pas de dire que l’acide lactique est essentiellement du CO2 qui contrôle essentiellement le pH … il est maintenant temps d’y regarder de plus près. Commençons par ce que nous savons. Le CO2 est créé dans les mitochondries pendant le cycle de Krebs lors de la combustion du sucre ou des graisses (voir Systèmes énergétiques). Ce CO2 est comme un déchet pour la cellule et doit être éliminé. La cellule rejette son CO2 dans le sang où cela se produit :

Le CO2 passe de la cellule musculaire au globule rouge où il est converti en acide carbonique puis en bicarbonate (en passant de gauche à droite sur l'équation). Plus nous produisons de CO2, plus l’équation se déroulera de gauche à droite : diminuer le CO2, créer plus d’acide et abaisser le pH. Le bicarbonate est un tampon, il va « manger » l'acide et le CO2 et agit comme un transporteur de CO2 (70 % du CO2 est transporté sous forme de bicarbonate).

Tangente : 25% du CO2 transporté directement par l'hémoglobine, 5% est dissous directement dans le sang.

Lorsque le sang est pompé vers les poumons, toute la séquence s’inverse , créant plus de CO2, diminuant l’acide et augmentant le pH. Le CO2 supplémentaire est désormais introduit dans les alvéoles et expiré. Yay!

Tangente : C’est ainsi que fonctionne la perte de poids. Vous respirez le poids… bizarre.

C'est très bien si nous n'avons à nous soucier que du CO2 provenant de la combustion du sucre et des graisses, mais nous devons également nous occuper de l'acide lactique. Tout acide, si vous vous souvenez du cours de chimie, est simplement la quantité d’atomes d’hydrogène flottant. L’ acide lactique peut être considéré comme déversant des atomes d’hydrogène purs dans le sang , ce qui constitue le côté droit de l’équation. Cet hydrogène supplémentaire est tamponné par le bicarbonate présent dans le sang, ce qui maintient votre pH dans une zone agréable et agréable.

Mais vous souvenez-vous d'avoir titré de l'acide dans un tampon en cours de chimie ? Tout va bien jusqu'à ce que ce ne soit plus le cas. Vous continuez à ajouter de l'acide une goutte à la fois et le tampon l'absorbe sans problème. Puis, tout d’un coup, vous ajoutez une goutte supplémentaire et toute la couleur de votre liquide change parce que vous n’avez plus de tampon. La même chose se produit dans votre corps. L'acide lactique et l'hydrogène sont très bien tamponnés, mais tout d'un coup, c'est trop et c'est à ce moment-là que vous heurtez le mur. Nous l’avons tous déjà ressenti, la course se passe très bien et puis d’un coup, tout s’écroule. C'est pourquoi cela se produit.

Puisque nous avons ajouté toute une quantité d’hydrogène du côté droit de l’équation, tout est déplacé vers la gauche. Cela signifie plus de CO2. C’est ce qu’on appelle le « CO2 non métabolique », ce qui signifie qu’il provient du système tampon du sang et non de la combustion du sucre et des graisses. C'est pourquoi l'acide lactique = CO2 et pourquoi vous ressentez autant de besoin de respirer pendant une course de sprint même si vous n'utilisez pas d'O2. N'oubliez pas que le tampon ne durera pas éternellement et que plus vous pourrez vous débarrasser de CO2, plus le tampon durera longtemps. Ainsi, dans les courses qui durent plus de 40 secondes, disons, vous devez respirer beaucoup et éviter autant que possible l'accumulation d'acide. C'est pourquoi l'entraîneur dit « respirez tôt et respirez souvent » avant 200 ans.

Tangente : entre une respiration plus profonde et une respiration plus rapide, la respiration peut être multipliée par 32 par rapport au repos… utilisez-la !

Je sais que c'est vraiment déroutant… mais la situation générale est la suivante : acide lactique = CO2. Le CO2 ne quitte le corps qu’en expirant, donc plus vous respirez, plus vous vous débarrassez de l’acide .

Une autre chose intéressante à savoir : même lors d’un entraînement de la plus haute intensité, les athlètes peuvent toujours augmenter volontairement leur respiration. Cela signifie que même à l’intensité la plus élevée, vos poumons peuvent toujours fonctionner à un niveau plus élevé et ne constituent pas un facteur limitant vos performances. MAIS, cela a été découvert chez les coureurs qui, une fois de plus, peuvent respirer quand ils le souhaitent. Je me demande si vous trouveriez la même chose chez les nageurs… sommes-nous limités par notre capacité à respirer dans l’eau, ou sommes-nous simplement géniaux ?

Tangente : En raison du nouveau CO2 produit par l'acide lactique issu de la glycolyse, vous pouvez réellement mesurer la quantité de chaque système (glycolyse ou aérobie) que vous utilisez simplement en comparant le CO2 et l'O2 inspirés et expirés. C’est ce qu’on appelle le RER… rapport d’échange respiratoire.

Capacité pulmonaire : pourquoi entraînons-nous autant le contrôle de la respiration si vous ne pouvez pas modifier la taille de vos poumons ?

Nous avons dit plus tôt que vous ne pouvez pas modifier la taille de vos poumons, alors pourquoi l'entraîneur se donne-t-il la peine de me faire faire toutes ces séries de contrôles respiratoires ? C'est parce que nous avons également dit que la respiration est effectuée par des muscles et que, comme tout autre muscle, ceux-ci peuvent se fatiguer, s'affaiblir et limiter nos capacités . Vous pouvez tester cela dès maintenant. Respirez aussi vite et aussi profondément que possible pendant une minute. Vous remarquerez que vous avez pu le faire plus facilement et mieux au début qu’à la fin de cette minute. Vous ne sentirez peut-être pas l'acide s'accumuler et brûler comme c'est le cas dans vos quads lors d'un kick set, mais cela se produit quand même.

Puisque l’inspiration nécessite une contraction des muscles, c’est à ce moment-là que vous les entraînerez le plus. Ainsi, retenir votre respiration équivaut à effectuer une contraction constante et entraînera ces muscles à développer de meilleurs capillaires, plus de mitochondries et une meilleure efficacité, comme n'importe quel autre muscle entraîné. Il en va de même pour respirer à travers un petit trou, comme un tuba à moitié fermé. L'effort supplémentaire nécessaire pour aspirer l'air contribue à développer ces muscles, rendant la respiration plus facile et plus efficace pendant une course.

Pratiquer la respiration pour un nageur est encore plus important que pour tout autre athlète, car nous disposons d'un nombre limité d'opportunités et de temps pour respirer pendant une course . Cela signifie que nous devons tirer le meilleur parti de chaque respiration. Le timing de la respiration d'un nageur devient une partie du schéma moteur de sa nage (la mémoire musculaire qui prend le relais pendant une course). Pratiquer des exercices de respiration pendant l’entraînement permet d’améliorer et de maximiser l’effet de chaque respiration. Cela donne à votre corps le meilleur approvisionnement en O2 et la meilleure élimination du CO2 qu'il peut obtenir, maximisant ainsi vos performances globales et vous aidant à battre l'enfant à côté de vous.

N'oubliez pas qu'être rapide dans l'eau, c'est travailler avec l'eau et votre nage. Plus vous êtes à l’aise, plus vous pouvez repousser les limites et aller plus vite. Le simple fait d’essayer de « passer à travers » tout le temps finira par atteindre ses limites, et vous devrez alors « y réfléchir » et contrôler votre corps afin de profiter de la biologie et de la physique de l’eau. C'est pourquoi s'entraîner intelligemment (et vos poumons) est tout aussi important que s'entraîner dur.

Karl Hamouche - Fondateur de Swim Smart

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