SSE #66: Lésion médullaire et exercice par temps chaud

Maria T.E. Hopman, Ph.D., Rob A. Binkhorst, Ph.D.

SPORTS SCIENCE EXCHANGE

LÉSION MÉDULLAIRE ET EXERCICE PAR TEMPS CHAUD

SSE n° 66 – Volume 10 (1997), numéro 3


Maria T.E. Hopman, Ph. D.
Membre du comité consultatif du GSSI pour la science et l'éducation, Europe
Département de physiologie, Université de Nijmegen

Rob A. Binkhorst, Ph. D.
Département de physiologie, Université de Nijmegen
Pays-Bas

POINTS PRINCIPAUX

1. La capacité de réguler la température du corps tout en continuant de faire de l'exercice dépend de quatre facteurs :

  • la quantité de chaleur produite par le corps;
  • le transport de la chaleur des muscles vers la peau; et
  • la capacité de dissiper la chaleur dans le milieu environnant;la capacité du corps à faire d'autres ajustements physiologiques permettant poursuivre la régulation de température.

2. Pendant un entraînement physique, l'athlète handicapé atteint d'une lésion médullaire doit faire face aux mêmes risques de stress thermique que l'athlète non handicapé. Toutefois, sa lésion affecte le volume sanguin circulant, la production de sueur et la régulation de la température, ce qui peut nuire aux capacités thermorégulatrices de l'organisme.

3. Les personnes dont la lésion médullaire se situe au-dessus de la sixième vertèbre thoracique semblent prédisposées au stress thermique parce que leur fréquence cardiaque ne peut augmenter afin de soutenir le débit cardiaque au moment où le sang doit atteindre les muscles et la peau et parce que leur capacité de transpirer est réduite.

INTRODUCTION

La possibilité de participer aux Jeux paralympiques, tout comme les progrès en matière de traitements médicaux et de réadaptation fonctionnelle pour personnes handicapées, et le fait qu'il est maintenant reconnu que l'activité physique est bénéfique pour la santé de tous, handicapés ou non, ont contribué à l'augmentation du nombre de personnes handicapées faisant régulièrement de l'exercice. Les athlètes handicapés, tout comme ceux qui ne le sont pas, se heurtent à des limites relatives à la fatigue associée à la performance, aux besoins en matière de nutrition et de liquides ainsi qu'à l'épuisement dû à la chaleur. Cet article traite de la thermorégulation et de la fonction cardiovasculaire chez l'athlète handicapé. Vous y trouverez plusieurs conseils pour réduire le risque de malaise causé par la chaleur et pour retarder la fatigue chez l'athlète handicapé.\r\n

PRINCIPES DE THERMORÉGULATION

Au repos, l'organisme produit de la chaleur à un taux d'environ 70 W, soit 1 kcal/min, tandis que lors d'un effort maximal, le taux peut s'élever à 2 100 W (30 kcal/min) chez les athlètes bien entraînés. Ce dernier chiffre dépend toutefois du type d'effort et de l'efficacité mécanique nécessaire pour effectuer un travail externe. L'énergie qui ne se dissipe pas en chaleur dans l'organisme est transformée en énergie mécanique. Avec un taux d'efficacité d'environ 20 à 23 %, le type d'exercice le plus efficace est le cyclisme. L'énergie qui reste, soit environ 80 % de l'énergie métabolique, se dissipe sous forme de chaleur dans l'organisme. Techniquement, au repos et lors d'activités comme la marche et la course - des activités n'offrant pas de résistance externe - aucun ou pas de travail externe est effectué; dans ce cas, presque toute l'énergie métabolique se dissipe dans l'organisme sous forme de chaleur.

La quantité totale de chaleur dégagée par le corps dépend non seulement de la vitesse du métabolisme et de l'efficacité mécanique, mais aussi de la durée de l'activité. Par exemple, la quantité totale de chaleur dégagée par le corps pendant 8 heures de sommeil s'élève à 115 kJ (480 kcal), tandis qu'elle ne dépasse pas les 35 kJ (150 kcal) chez l'athlète effectuant un exercice à un taux de 2 100 W (30 kcal/min), ce qui s'explique par le fait que l'athlète ne pourra tenir ce niveau d'intensité qu'environ 5 minutes.

Un athlète produit tout de même une grande quantité de chaleur lors d'un exercice intense et prolongé. Si les voies de dissipation de la chaleur, par évaporation de la sueur combinée au rayonnement et à la convection de la chaleur provenant de la peau, ont une capacité insuffisante ou ne sont pas disponibles, la chaleur s'accumule dans le corps. Le cas échéant, la température du corps peut atteindre une valeur très élevée. Si une personne court à une vitesse de 15 km/h (10 mi/h) et que, pour une raison quelconque, le corps ne réussit pas à évacuer la chaleur, sa température interne peut monter au-dessus des 40 °C (104 °F) en 15 minutes. Par conséquent, un exercice intensif et prolongé par temps chaud peut entraîner un coup de chaleur, le type le plus grave de malaises causés par la chaleur.

Pendant l'exercice, la chaleur corporelle est surtout générée par les muscles sollicités. Les mécanismes de transport, qui comprennent le sang circulant et la conduction entre les tissus corporels, acheminent la chaleur vers la peau. Sur la peau, les mécanismes d'évaporation, de convection, de rayonnement et, de façon beaucoup moins importante, de conduction permettent de transférer la chaleur de la peau au milieu environnant. Certaines situations peuvent nuire à l'évacuation de la chaleur. Par exemple, lorsque le taux d'humidité de l'air est élevé, l'évaporation de la sueur stagne. Aussi, quand la température de l'air est plus élevée que celle de la peau, les mécanismes de convection, de rayonnement et de conduction entraînent un transfert de chaleur de l'air au corps.

Pour maintenir la température du corps dans des limites sécuritaires, il faut tenir compte des facteurs suivants :

a. l'intensité et la durée de l'exercice ainsi que l'efficacité mécanique nécessaire pour l'effort physique demandé (qui établissent la quantité de chaleur dégagée par le corps);
b. la circulation et le volume sanguins (qui déterminent le transport de chaleur des muscles à la peau);
c. la quantité de sueur produite ainsi que la température et le taux d'humidité de l'air (qui déterminent la quantité de chaleur dégagée dans le milieu environnant);
d. la capacité du corps de faire d'autres ajustements physiologiques pour lui permettre de continuer à réguler la température. Par exemple, étant donné que la chaleur du corps est générée en continu pendant un exercice, le flux sanguin est acheminé du foie et des autres organes internes vers les muscles sollicités et la peau. Cette redistribution du flux sanguin améliore la fonction musculaire et la dissipation de chaleur sans diminuer le débit cardiaque ni perturber outre mesure la pression artérielle.

Pour plus de renseignements à ce sujet, voir l'article publié précédemment par Nadel (1990) dans Sports Science Exchange.

CARACTÉRISTIQUES DES BLESSÉS MÉDULLAIRES

Chez les athlètes ayant une lésion médullaire, trois des quatre facteurs nécessaires à la régulation de la température corporelle sont perturbés (Binkhorst, 1995; Hopman, 1993, 1994). Plus précisément, le volume sanguin circulant, la production de sueur et la surface cutanée nécessaire pour que le transfert de chaleur vers le milieu environnant soit efficace sont perturbés et peuvent nuire à la capacité de l'athlète de réguler sa température lors d'un exercice physique soutenu. Dans cette partie, vous verrez comment ces facteurs sont perturbés et comment ils peuvent nuire à la thermorégulation chez l'athlète handicapé.

Le degré de perturbation de la circulation dépend du niveau et de la gravité (incomplète ou complète) de la lésion médullaire. La figure 1 montre où peuvent se situer différentes lésions. En cas de lésion complète au-dessus de la 6e vertèbre thoracique (T6), la régulation sympathique du cœur est perturbée; par conséquent, la fréquence cardiaque reste basse et la force contractile du myocarde est affaiblie. La distribution du sang sous le niveau de la lésion est aussi perturbée en raison d'un manque de vasoconstriction des organes internes de l'abdomen et du pelvis, ce qui réduit la capacité de redistribution du sang pendant l'exercice. De plus, sous le niveau de la lésion, le flux sanguin dans les muscles et la peau ainsi que l'activité des glandes sudoripares de la peau diminuent.


Figure 1 : Schéma du système nerveux central avec flux neuronaux du système nerveux moteur (innervation des muscles squelettiques) et du système nerveux autonome (organes internes, vaisseaux sanguins, glandes sudoripares). Les grandes innervations associées aux différents niveaux de la moelle épinière sont indiquées. À l'aide de ces données, les blessés médullaires peuvent être classés en différents groupes.

Une lésion complète entre T6 et T10 n'a pas d'effet négatif sur la fonction cardiaque. Par contre, il n'y a pas de vasoconstriction sympathique dans les organes abdominaux et pelviens sous le niveau de la lésion. La régulation des glandes sudoripares et du flux sanguin vers les muscles et la peau sous le niveau de la lésion sera également perturbée.

Dans le cas d'une lésion complète au niveau de ou sous T10, il y a perte de régulation centrale de la vasoconstriction dans la région pelvienne, diminution du flux sanguin dans les jambes (les muscles et la peau) et diminution de l'activité des glandes sudoripares sous le niveau de la lésion.

Il est donc raisonnable de penser que les réponses physiologiques des blessés médullaires lors d'un exercice par temps chaud sont différentes de celles des personnes sans lésion médullaire, et que les changements dépendent du niveau de la lésion et du fait qu'elle soit complète ou non.

BLESSÉS MÉDULLAIRES FAISANT DE L'EXERCICE PAR TEMPS CHAUD

Généralement, les blessés médullaires font de l'exercice en utilisant leurs bras pour faire avancer le fauteuil roulant dans lequel ils sont assis. L'efficacité mécanique de 8 à 15 % de l'exercice des bras est largement inférieure à celle du cyclisme. Par conséquent, chez ces personnes, une bonne partie de l'énergie métabolique est transformée en chaleur dans les muscles. De plus, il se peut que le stress thermique soit supérieur à celui de l'exercice des jambes pour un taux métabolique donné en raison des désavantages cardiovasculaires liés au soutien à la thermorégulation (réduction du retour veineux, volume d'éjection systolique plus faible) (Sawka, 1986).

Une série d'expériences effectuées par Hopman (1994) porte sur les effets d'un exercice prolongé par temps chaud sur les blessés médullaires. Trois groupes d'hommes paraplégiques entraînés (P) ayant des lésions complètes et un groupe témoin (C) ont participé à ces expériences. Les niveaux des lésions, datant toutes d'au moins 2 ans, étaient les suivantes : T2-T6 (P1), T7-T9 (P2) et T10-T12 (P3). Les sujets des groupes C, P3, P2 et P1 ont fait 45 minutes d'exercice dans un fauteuil roulant à l'aide d'un exerciseur pour bras à une intensité de 40 % de leurs charges maximales individuelles, c.-à-d. 462 W (6,6 kcal/min), 362 W (5,2 kcal/min), 333 W (4,8 kcal/min) et 282 W (4,0 kcal/min), respectivement. Comme la force de chacun était différente, la quantité de chaleur à dissiper différait d'un groupe à l'autre, même si les conditions ambiantes étaient les mêmes (température de l'air de 35 °C [95 °F], taux d'humidité relative de 70 % et un vecteur vent inférieur à 0,1 m/s). Les sujets ont bu de l'eau à volonté. Le taux métabolique, le débit cardiaque, la fréquence cardiaque, la température rectale, la température de la peau à des sites au-dessus et sous les lésions ainsi que la perte d'eau par sudation et l'apport en liquide ont été évalués.

CIRCULATION SANGUINE CHEZ LES BLESSÉS MÉDULLAIRES

L'un des résultats de l'étude de Hopman (1994) a révélé que les personnes ayant une lésion médullaire au-dessus de T6 risquent de ressentir des effets négatifs du stress thermique pendant l'exercice. Pendant un exercice par temps chaud, le taux métabolique de chaque groupe est resté assez stable pendant les 45 minutes, ce qui laisse supposer que l'efficacité mécanique est restée constante et que les sujets n'étaient pas épuisés. Toutefois, le débit cardiaque des sujets ayant une lésion médullaire au-dessus de T6 a diminué pendant l'exercice en raison de l'augmentation du volume d'éjection systolique combinée à une augmentation relativement faible de la fréquence cardiaque. Cette dernière augmentation découle du manque d'innervation sympathique cardiaque dû à la lésion. Chez les personnes dont la lésion médullaire se situe au-dessus de T6, la fréquence cardiaque moyenne n'était que de 110 battements/min, tandis que dans les autres groupes, elle était de 130 à 150 battements/min à la fin de l'exercice. La fréquence cardiaque plus élevée chez les sujets non handicapés et chez ceux dont la lésion médullaire se situe sous T6 a permis de maintenir constant le débit cardiaque même si le volume d'éjection systolique avait diminué pendant l'exercice, étant donné que le flux sanguin central avait diminué en raison de l'augmentation du flux sanguin de la peau nécessaire pour la thermorégulation (Gass et Camp, 1987).

Quelles sont les conséquences de ces phénomènes pour les patients et athlètes ayant une lésion médullaire au-dessus de T6? Lors d'un exercice prolongé par temps chaud, la pression artérielle doit être suffisante pouvoir irriguer les muscles sollicités et acheminer en même temps le sang du foie, des reins et des intestins vers la peau. Si le débit cardiaque ne peut répondre à ces deux demandes, il est alors prioritaire de maintenir la pression artérielle (Binkhorst et Hopman, 1995). La peau recevra donc moins de sang et la température corporelle augmentera, tout comme le risque de coup de chaleur. Une diminution du débit cardiaque, comme celle qui a été observée chez les personnes atteintes d'une lésion médullaire au-dessus de T6, indique que le système circulatoire ne peut répondre au stress plus élevé sur la circulation pendant un exercice par temps chaud.

TEMPÉRATURE CORPORELLE DES BLESSÉS MÉDULLAIRES

Au repos et au début d'un exercice, la température du corps au niveau de la poitrine et des jambes des sujets non handicapés de l'étude de Hopman (1994) étaient similaires (35 °C ou 95 °F), ce qui montre une distribution uniforme du flux sanguin vers la peau dans toutes les parties du corps. En revanche, chez tous les blessés médullaires, la température des jambes (32 °C ou 89,6 °F) était environ 4 °C (39,2 °F) moins élevée que celle de la partie supérieure du corps (près de 36 °C ou 96,8 °F), ce qui indique une réduction du flux sanguin cutané sous le niveau de la lésion. À la fin de la période d'exercice, la température de la peau au niveau de la poitrine et des jambes (36 à 37 °C ou 96,8 à 98,6 °F) étaient similaires tant chez les sujets non handicapés que chez les sujets atteints d'une lésion située sous T6, tandis que chez ceux dont la lésion médullaire se situait au-dessus de T6, la température au niveau de la poitrine (38 °C ou 100,4 °F) était plus élevée que celle au niveau des jambes (34 °C ou 93,2 °F). Chez les blessés médullaires, une partie de la chaleur produite pendant l'exercice est transmise aux jambes par le sang, ce qui explique la hausse de température dans les régions du corps situées sous la lésion. Dans le groupe P1, il se peut que l'augmentation modérée de la température des jambes (par rapport aux autres groupes P) soit due au taux métabolique moins élevé obtenu pendant l'exercice ainsi qu'à une perturbation plus importante de la distribution sanguine. La température plus élevée au niveau de la poitrine des personnes atteintes d'une lésion médullaire située au-dessus de T6,par rapport aux personnes dont la lésion se trouve plus bas et à celles qui n'ont pas de lésion, peut être liée à une diminution de la production de sueur chez les sujets P1.

Le type d'exercice et le milieu ambiant des expériences de Hopman (1994) n'ont pas entraîné de températures corporelles extrêmes chez les personnes du groupe témoin ni chez les blessés médullaires. Toutefois, selon les tendances en matière de température rectale (Gass et coll., 1988) et de température corporelle totale (température corporelle = 0,2 x température de la peau + 0,8 x température rectale), chez les personnes atteintes d'une lésion médullaire au-dessus de T6, effectuer un exercice prolongé peut entraîner une température corporelle les exposant à des risques. La température rectale des sujets sans lésion et de tous les blessés médullaires (de 36,1 à 37,4 °C ou 97 à 99,3 °F au début de l'étude) a augmenté de 0,5 à 0,8 °C ou 32,9 à 33,4 °F. La chaleur corporelle a augmenté de 2 à 3% pour les groupes C et P. La température rectale la plus élevée était de 38 °C (100,4 °F) chez les sujets non handicapés et chez les sujets dont la lésion médullaire se situait au-dessus de T6. La température corporelle totale des sujets non handicapés et des sujets dont la lésion médullaire se situait en dessous de T6 a augmenté, du repos (35,5 à 36,8 °C ou 95,9 à 98,2 °F) à la fin de l'exercice (36,5 à 37,5 °C ou 97,7 à 99,5 °F) et a atteint un plateau vers la fin de l'épreuve. Toutefois, chez les sujets dont la lésion médullaire se situe au-dessus de T6, la température corporelle a augmenté de façon presque linéaire jusqu'à la fin de l'exercice (de 36,5 à 38 °C ou 97,7 à 100,4 °F) sans qu'il y ait de plateau.

ÉVAPORATION DE LA SUEUR CHEZ LES BLESSÉS MÉDULLAIRES

Étant donné le milieu ambiant relativement chaud lors des expériences de Hopman (1994), la principale voie de dissipation de la chaleur était l'évaporation de la sueur. Une relation linéaire a été observée entre la sueur produite et la chaleur libérée par les sujets des quatre groupes : 718, 425, 335 et 172 g de transpiration pour les sujets non handicapés et entre T10-T12, T7-T9 et T2-T6 pour les blessés médullaires, respectivement. Pour ce qui est de la régulation active de la sudation, une relation linéaire a également été établie entre la sueur produite et la surface de la peau au-dessus de la lésion. Néanmoins, le fait que les températures rectale et corporelle ont commencé à se stabiliser vers la fin de l'épreuve indique que l'évaporation de la sueur a permis aux sujets non handicapés et à ceux dont la lésion médullaire se situait en dessous de T6 de maintenir la stabilité de l'équilibre thermique. En revanche, les sujets dont la lésion médullaire se situe au-dessus de T6 n'ont pas atteint d'équilibre entre la production et la dissipation de chaleur pendant l'exercice.

RÉSUMÉ

Même si le stress thermique pendant l'exercice préoccupe tous les athlètes, dans la plupart des cas, les blessés médullaires sont physiologiquement capables d'effectuer des exercices au moyen d'un exerciseur pour bras dans le cadre d'études expérimentales. Toutefois, pendant l'exercice, leur volume d'éjection systolique a tendance à être plus faible que celui des personnes non handicapées (Hopman et coll., 1992; Davis et coll., 1990). Ce phénomène peut limiter leur performance sportive, surtout par temps chaud, lorsque le volume d'éjection systolique diminue et que la fréquence cardiaque essaie de compenser afin de maintenir la stabilité du débit cardiaque (dérive cardiaque).

Chez les personnes avec une lésion médullaire située au-dessus de T6, la combinaison exercice et chaleur peut perturber la circulation et(ou) entraîner une température corporelle trop élevée. Leur fréquence cardiaque atteint un plateau à une valeur moins élevée que celle des personnes non handicapées ou des personnes dont la lésion se trouve plus bas. Chez les personnes dont la lésion médullaire se situe au-dessus de T6, le débit cardiaque n'arrive plus à maintenir le flux sanguin vers les muscles et la peau. Par conséquent, le flux sanguin cutané diminue et la température corporelle augmente de façon non souhaitable.

Dans des conditions climatiques plus difficiles (température et taux d'humidité élevés) ou lors d'un exercice intense, il se peut que les athlètes ayant une lésion médullaire risquent davantage que les athlètes non handicapés de souffrir d'un malaise causé par la chaleur. De plus, les effets du stress thermique peuvent être amplifiés si la personne n'est pas convenablement hydratée. Il est donc essentiel que les athlètes atteints d'une lésion médullaire, leurs entraîneurs et leurs soigneurs tiennent compte des conditions environnementales. Ils doivent faire les modifications qui s'imposent à l'intensité de leur entraînement et au milieu ambiant (à l'intérieur ou à l'extérieur par temps chaud), ne pas trop prolonger l'entraînement et veiller à bien s'hydrater pendant l'exercice. Tout comme les athlètes non handicapés, ceux qui sont atteints d'une lésion médullaire devraient porter des vêtements légers pendant l'exercice par temps chaud. Ils devraient aussi connaître les signes avant-coureurs des malaises qui peuvent être causés par la chaleur, comme la fatigue, les maux de tête, les vertiges, et s'acclimater graduellement à l'exercice par temps chaud.

References

Binkhorst, R.A., and M.T.E. Hopman (1995). Heat balance in paraplegic individuals during arm exercise at 10 and 35° C. Med. Sci. Sports Exerc. 27: s83 (abstract).

Davis, G.M., F.J. Servedio, R.M. Glaser, and A.G. Suryaprasad (1990). Cardiovascular responses to arm-cranking and FNS-induced leg exercise in paraplegics. J. Appl. Physiol. 69:671-677.

Gass, G.C., and E.M. Camp (1987). Effects of prolonged exercise in highly trained traumatic paraplegic men. J. Appl. Physiol. 63:1846-1852.

Gass, G.C., E.M. Camp, E.R. Nadel, T.H. Gwinn, and P. Engel (1988). Rectal and rectal vs. esophageal temperatures in paraplegic men during prolonged exercise. J. Appl. Physiol. 64:2265-2271.

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Hopman, M.T.E., B. Oeseburg, and R.A. Binkhorst (1992). Cardiovascular responses in paraplegic subjects during arm exercise. Eur. J. Appl. Physiol. 65:73-78.

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Sawka, M.N., R.R. Gonzalez, L.L. Drolet, and K.B. Pandolf (1984). Heat exchange during upper- and lower-body exercise. J. Appl. Physiol. 57: 1050-1054.