Respiration en altitude : défis et adaptations physiologiques

La montagne, avec ses paysages majestueux et ses sommets vertigineux, fascine les aventuriers et les sportifs.

Cependant, l’altitude, en plus de ses panoramas à couper le souffle, réserve un autre défi aux individus : la respiration.

En effet, l’air se raréfiant à mesure que l’on s’élève, il devient de plus en plus difficile de fournir suffisamment d’oxygène aux cellules de notre organisme.

Nous examinerons en détail les effets de l’altitude sur la respiration et les mécanismes d’adaptation mis en place par notre corps pour y faire face.

La pression atmosphérique et la composition de l’air en altitude

Pour bien comprendre les défis posés par l’altitude sur notre système respiratoire, il est essentiel de se pencher sur les caractéristiques de l’air en haute montagne et leur influence sur la respiration.

1. La pression atmosphérique : Plus on monte en altitude, plus la pression atmosphérique diminue. Cette pression, qui correspond au poids de la colonne d’air au-dessus de nos têtes, est d’environ 1013 hPa (hectopascals) au niveau de la mer et ne cesse de décroître avec l’altitude. Par exemple, elle atteint environ 540 hPa au sommet du Mont Blanc (4808 mètres).
2. La composition de l’air : L’air que nous respirons est constitué d’environ 78% d’azote, 21% d’oxygène et 1% d’autres gaz, dont le dioxyde de carbone et la vapeur d’eau. Cette composition reste globalement la même quelle que soit l’altitude. Cependant, la pression partielle de l’oxygène, qui représente la pression exercée par l’oxygène dans un mélange gazeux, diminue proportionnellement à la pression atmosphérique.

En somme, l’oxygène est moins disponible en altitude, car la pression partielle de l’oxygène et la pression atmosphérique diminuent conjointement. Cette raréfaction de l’oxygène a des conséquences notables sur la respiration et l’organisme en général, que nous allons examiner plus en détail.

L’hypoxie : un manque d’oxygène pour l’organisme

L’effet principal de la diminution de la pression partielle de l’oxygène en altitude est l’apparition d’une hypoxie, c’est-à-dire un manque d’oxygène au niveau des tissus de l’organisme. Cette hypoxie peut se manifester de différentes façons, selon l’altitude et la rapidité d’ascension.

• L’hypoxie aiguë : Elle survient lors d’une montée rapide en altitude et se caractérise par des symptômes tels que des maux de tête, des nausées, des vertiges, une fatigue intense et un essoufflement. Il s’agit du mal aigu des montagnes (MAM), qui touche environ 25% des personnes montant au-delà de 2500 mètres.
• L’hypoxie chronique : Elle se manifeste lors d’une exposition prolongée à l’altitude et peut entraîner des complications plus graves, comme l’œdème pulmonaire de haute altitude (OPHA) ou l’œdème cérébral de haute altitude (OCHA). Ces pathologies, potentiellement mortelles, sont dues à une accumulation de liquide dans les poumons ou le cerveau, provoquée par la réaction de l’organisme à l’hypoxie.

Face à ces défis, notre corps met en place diverses stratégies d’adaptation pour tenter de pallier le manque d’oxygène, que nous allons détailler dans les sections suivantes.

Les mécanismes de compensation à court terme

Dès les premières heures passées en altitude, notre corps réagit pour faire face à l’hypoxie. Plusieurs mécanismes de compensation à court terme sont ainsi mis en œuvre pour augmenter la disponibilité et l’utilisation de l’oxygène.

1. La ventilation : L’hypoxie stimule les chémorécepteurs périphériques, situés dans les artères carotides et aortiques, qui sont sensibles à la pression partielle de l’oxygène dans le sang. En réponse, la fréquence et l’amplitude des mouvements respiratoires augmentent, permettant d’inspirer plus d’air et d’expirer davantage de dioxyde de carbone. Cette hyperventilation permet d’augmenter la pression partielle d’oxygène dans le sang, améliorant ainsi l’oxygénation des tissus.
2. Le cœur : Pour compenser le manque d’oxygène, le cœur augmente sa fréquence et son débit cardiaque, de manière à transporter plus rapidement et en plus grande quantité l’oxygène vers les tissus. Toutefois, cette stratégie a ses limites, car elle augmente la demande en oxygène du myocarde, c’est-à-dire du muscle cardiaque lui-même.
3. La circulation sanguine : En réponse à l’hypoxie, les vaisseaux sanguins se contractent pour favoriser la circulation du sang vers les tissus les plus importants, tels que le cerveau et le cœur. De plus, le débit sanguin est redistribué préférentiellement vers ces organes vitaux au détriment des muscles, de la peau et des viscères.

Ces mécanismes de compensation à court terme permettent à l’organisme de s’adapter rapidement à l’hypoxie, mais ils sont insuffisants pour assurer une adaptation optimale à l’altitude. D’autres mécanismes, plus lents et complexes, entrent en jeu pour permettre une acclimatation à long terme.

Les mécanismes d’acclimatation à long terme

Lors d’une exposition prolongée à l’altitude, notre corps met en place des mécanismes d’acclimatation à long terme pour s’adapter à la raréfaction de l’oxygène. Ces mécanismes sont multiples et impliquent diverses modifications physiologiques et biochimiques.

• La production de globules rouges : L’hypoxie stimule la production d’érythropoïétine (EPO), une hormone qui augmente la production de globules rouges. Ces cellules, riches en hémoglobine, permettent de transporter l’oxygène dans le sang. Ainsi, la capacité de transport de l’oxygène s’améliore, contribuant à l’acclimatation en altitude.
• La modification de l’affinité de l’hémoglobine pour l’oxygène : En altitude, l’hémoglobine présente une affinité accrue pour l’oxygène, ce qui facilite sa fixation et son transport dans le sang. Cependant, cette augmentation de l’affinité rend plus difficile le relâchement de l’oxygène au niveau des tissus. Pour y remédier, l’organisme produit davantage de 2,3-diphosphoglycérate (2,3-DPG), une molécule qui diminue l’affinité de l’hémoglobine pour l’oxygène, favorisant ainsi sa libération dans les tissus.
• La densification des capillaires : L’adaptation à l’altitude entraîne une augmentation du nombre de capillaires, ces petits vaisseaux sanguins qui permettent l’échange d’oxygène et de nutriments entre le sang et les tissus. Cette densification capillaire contribue à améliorer la diffusion de l’oxygène dans les tissus.
• La production de mitochondries et d’enzymes : Enfin, l’acclimatation en altitude s’accompagne d’une augmentation du nombre de mitochondries, ces petites usines énergétiques présentes dans nos cellules. Par ailleurs, la production d’enzymes impliquées dans la production d’énergie à partir de l’oxygène est stimulée. Ces modifications permettent aux cellules de produire de l’énergie de manière plus efficace en conditions d’hypoxie.

Grâce à ces mécanismes d’acclimatation à long terme, l’organisme parvient à s’adapter à la raréfaction de l’oxygène en altitude et à maintenir un fonctionnement optimal de ses fonctions vitales. Cependant, ces adaptations ont leurs limites et ne permettent pas de compenser totalement les effets de l’hypoxie en très haute altitude.

La montée en altitude représente un véritable défi pour notre système respiratoire et l’ensemble de notre organisme. La raréfaction de l’oxygène entraîne une hypoxie, qui peut avoir des conséquences sérieuses sur notre santé. Pour y faire face, notre corps met en place des mécanismes de compensation à court terme et d’acclimatation à long terme, qui permettent d’améliorer l’oxygénation des tissus et de maintenir un fonctionnement optimal de nos fonctions vitales.

Toutefois, ces adaptations ont leurs limites et ne peuvent pas totalement compenser les effets de l’hypoxie en très haute altitude. Ainsi, il est essentiel de bien préparer son corps et de respecter certaines règles lors de l’ascension en montagne, afin de minimiser les risques pour notre santé et de profiter pleinement des panoramas époustouflants offerts par les sommets.