Utilisation de la variabilité de la fréquence cardiaque…

Utilisation de la variabilité de la fréquence cardiaque…

… pour le suivi de l’entraînement sportif, intérêts et limites

La fréquence cardiaque est un paramètre classique du suivi de l’entraînement du sportif. La variabilité de la fréquence cardiaque est aujourd’hui de plus en plus utilisée et proposée en particulier pour la détection de la fatigue et du surentraînement chez les sportifs. La simplicité d’acquisition de plus en plus grande de la variabilité de la fréquence cardiaque ne doit pas faire oublier les difficultés et les limites de son interprétation.

La fréquence cardiaque, outil de surveillance de l’entraînement

La fréquence cardiaque représente le nombre de battements, donc de contractions cardiaques par minute. La fréquence cardiaque a été un des premiers outils utilisés par le sportif et son entraîneur pour vérifier l’intensité d’un effort, la capacité de récupération et les effets de l’entraînement. L’intensité de l’effort peut être évaluée par le pourcentage de la fréquence cardiaque maximale ou le pourcentage de la fréquence cardiaque de réserve (différence entre la fréquence maximale et la fréquence de repos). La qualité de la récupération cardio-respiratoire semble d’autant plus élevée, au moins pour les sports d’endurance, que la baisse de la fréquence cardiaque après un effort intense est importante. Enfin, une baisse de la fréquence cardiaque de repos témoigne de l’efficacité d’un entraînement.

La variabilité de la fréquence cardiaque, c’est quoi ?

Contrairement à une idée classique, le cœur ne bat pas comme un métronome. Pour s’en convaincre, il suffit de regarder sur un cardiofréquencemètre pendant une ou deux minutes sa fréquence cardiaque et de voir que celle-ci n’est pas fixe, mais varie en permanence (figure 1). Cette variabilité de la fréquence cardiaque, souvent aussi appelée variabilité sinusale (le rythme cardiaque naît dans le nœud sinusal cardiaque) permet au cœur de répondre aux variations permanentes des besoins de perfusion des organes.

FIGURE 1

Représentation (tachogramme) en fonction du temps de la variabilité spontanée
de la durée des cycles cardiaques (RR) mesurée sur un EC G.
La lettre R correspond au pic de la dépolarisation électrique
du coeur contemporaine de la contraction cardiaque.

Un cœur isolé du reste du corps et placé dans un environnement favorable continue à battre grâce à son automaticité. Cette particularité spécifique au cœur autorise la réalisation des transplantations cardiaques. La fréquence cardiaque dite intrinsèque d’un cœur isolé qui est de 110 battements par minute (bpm) en moyenne est plus élevée que celle mesurée chez un sujet. Ceci s’explique par les effets de l’innervation cardiaque qui dépend de deux branches nerveuses antagonistes, le parasympathique (ou nerf vague) et le sympathique. Le rôle essentiel du parasympathique est de ralentir le cœur à l’inverse du sympathique qui l’accélère en même temps qu’il augmente sa force de contraction. Au repos, l’effet du parasympathique prédomine comme le prouve la fréquence cardiaque (65-75 bpm en moyenne) qui est inférieure à la fréquence cardiaque intrinsèque. Cette double innervation qui permet au cœur de s’adapter instantanément aux différentes contraintes explique la plus grande part de la variabilité de la fréquence cardiaque.

La variation de la durée qui sépare deux battements cardiaques n’est pas chaotique, mais se répète régulièrement selon des sinusoïdes dont le spectre de fréquence peut être analysé mathématiquement (figure 2). Cette analyse permet d’individualiser deux spectres principaux, de haute fréquence (HF) et de basse fréquence (BF) qui correspondent aux réponses du cœur aux effets respectivement du parasympathique et du sympathique (figure 2).

FIGURE 2

Variabilité spontanée des intervalles RR (fréquence cardiaque) et son analyse spectrale.

A- Tachogramme représentant la durée en millisecondes (ms) des intervalles RR successifs (1-500).

B- Application d’un filtre basse fréquence sur le tachogramme, seules les variations de haute fréquence des intervalles RR persistent. C’est le reflet de l’influence du système nerveux parasympathique.

C- Application d’un filtre haute fréquence sur le tachogramme, seules les variations de basse fréquence des intervalles RR persistent. C’est le reflet de l’influence du système nerveux sympathique.

Le passage position couchée à debout est un stress majeur pour l’organisme. La séquestration sanguine (600 ml en moyenne) dans les veines des membres inférieurs induit une chute nette de la pression artérielle qui réclame des réponses cardio-vasculaires immédiates. Le cœur s’accélère et les vaisseaux artériels se contractent grâce à une augmentation de la stimulation sympathique et une baisse de la stimulation parasympathique permettant une remontée de la pression artérielle. La qualité de ces réponses nerveuses est explorable par l’analyse des modifications spectrales de la variabilité de la fréquence cardiaque (figure 3).

FIGURE 3

Analyse spectrale de la variabilité sinusale de la fréquence cardiaque lors d’une inclinaison passive d’un sujet (A). Noter qu’en position couchée (B) la variation de haute fréquence (HF) témoin de l’influence du parasympathique prédomine alors qu’en position debout (C) c’est la variation de basse fréquence (BF) témoin de l’influence du sympathique qui domine avec baisse marquée de HF.

Les capacités d’adaptation cardio-vasculaires d’un sujet sont d’autant meilleures que la variabilité de sa fréquence cardiaque est élevée. À l’inverse, un patient cardiaque est d’autant plus sévère que sa fréquence cardiaque varie peu.

Pratique sportive et variabilité de la fréquence cardiaque.

L’entraînement sportif abaisse la fréquence cardiaque de repos. Cette diminution s’explique en partie par une modification des réponses du cœur entraîné aux stimulations nerveuses. En effet, chez un sujet entraîné les réponses aux stimulations sympathiques sont diminuées et celles aux stimulations parasympathiques sont augmentées. Cette sensibilité accrue aux stimuli nerveux est aussi responsable d’une augmentation de la variabilité de la fréquence cardiaque. Ainsi le cœur entraîné bat plus lentement, mais avec plus de variabilité que celui d’un sujet sédentaire. Il existe d’ailleurs une corrélation positive entre le niveau de variabilité de la fréquence cardiaque et la valeur de la consommation maximale d’oxygène. De même la baisse de la variabilité de la fréquence cardiaque associée au vieillissement est ralentie par l’entraînement physique régulier.

Tous les types d’entraînement n’ont pas la même efficacité. Ainsi, si l’endurance et l’association endurance-musculation améliorent la variabilité de la fréquence cardiaque, un entraînement exclusif en musculation ne semble pas la modifier significativement.

La variabilité de la fréquence cardiaque, outil pour l’entraînement

La variabilité de la fréquence cardiaque est actuellement proposée pour détecter la survenue d’un surentraînement et pour guider l’intensité des séances d’entraînement.

Dans les années 1990, l’étude de la variabilité de la fréquence cardiaque a été proposée comme un outil non invasif du suivi de l’entraînement des sportifs. À partir d’enregistrements de la fréquence cardiaque répétés dans le temps, l’objectif était d’évaluer les adaptations des branches parasympathique et sympathique induites par l’entraînement dans le but de guider l’entraîneur et le sportif dans l’individualisation de l’entraînement et d’avoir un indice pronostique de fraîcheur ou de forme physique capable de prédire la performance et surtout d’anticiper un éventuel surentraînement. En effet, la courbe de l’évolution dans le temps de la variabilité de la fréquence cardiaque analysée au repos en fonction de l’intensité de l’entraînement a une forme de cloche avec une augmentation progressive qui atteint un pic suivi d’une baisse au-delà d’un certain niveau d’entraînement. La représentation des deux composantes, parasympathique et sympathique de la variabilité de la fréquence cardiaque est similaire (figure 4). Le « pic de forme » de l’athlète apparaissant lorsque l’influence parasympathique est au plus haut et l’influence sympathique au plus bas. Certains modèles de cardiofréquencemètres proposent aujourd’hui une analyse automatique de la variabilité de la fréquence cardiaque. Nombre de sportifs individuels et d’équipes de sports collectifs utilisent cette analyse de la variabilité de la fréquence cardiaque pour guider leur entraînement. L’apparente simplicité de l’analyse ne doit cependant pas occulter ses limites. D’une part, les conditions d’enregistrement de la fréquence cardiaque pour son analyse doivent être très rigoureuses, sujet parfaitement détendu au repos dans des conditions de calme strict sans bruit extérieur parasite, ni prise d’excitant dans les 24 heures précédentes. Les enregistrements dont la durée doit être d’au moins 5 minutes peuvent se faire uniquement en position allongée ou bien successivement en position couchée puis debout pour analyser les capacités d’adaptations fonctionnelles cardio-vasculaires. D’autre part une mesure isolée n’est pas suffisante vu son importante variabilité intra-individuelle. Il convient donc de la répéter très régulièrement, au moins de manière hebdomadaire, semble-t-il, pour détecter une variation significative.

FIGURE 4

Schématisation des variations des influences du parasympathique (PS) et du sympathique (S) sur la fréquence cardiaque en fonction du niveau d’entraînement.

Il a aussi été proposé d’utiliser l’évolution de la variabilité cardiaque au cours d’un effort pour détecter son intensité par rapport au premier seuil ventilatoire. En effet, l’accélération de la fréquence cardiaque lors d’un exercice progressivement croissant est due au début de celui-ci et jusqu’au premier seuil ventilatoire à une levée du frein vagal (parasympathique). Au-delà du premier seuil ventilatoire, c’est l’effet progressivement croissant du sympathique qui est responsable de l’augmentation de la fréquence cardiaque. La disparition du pic de haute fréquence de la variabilité de haute fréquence est donc contemporaine du premier seuil ventilatoire. Certains modèles de cardiofréquencemètres qui proposent sa détermination pourraient permettre de guider les intensités d’entraînement. Ici aussi la méthode a une limite essentiellement liée au fait que la détection des intervalles RR indispensables à l’analyse spectrale de la variabilité de la fréquence cardiaque manque souvent de précision lors d’un exercice musculaire du fait de la présence d’artéfacts.

Conclusion 

Le suivi d’un entraînement sportif à partir du suivi de la fréquence cardiaque reste très utilisé. L’utilisation de la variabilité spontanée de la fréquence cardiaque surtout pour la détection individuelle d’un surentraînement qui est plus récente est de plus en plus utilisée. Malgré son intérêt indéniable, les limites de cette méthode doivent être connues pour éviter de mauvaises interprétations.