Les besoins en oxygène du cerveau

Une intéressante étude sur l’oxygénation cérébrale – la quantité d’oxygène qui parvient jusqu’au cerveau – chez les coureurs Kényans de haut niveau, a été publiée dans le Journal of Applied Physiology [1].

Pour comprendre la signification de cette étude, il est utile de se rappeler les résultats de certaines études précédentes. Ces études avaient trouvé que les niveaux d’oxygène dans le cerveau chutaient pendant un exercice physique intense, ce qui en retour affectait probablement la mobilisation des muscles et contribuait à la fatigue. On peut y penser comme d’un effet protecteur : si l’approvisionnement du cerveau en oxygène est menacé, cela compromet votre capacité à le mettre en danger. Quel que soit le mécanisme exact, le résultat est que quand l’oxygène dans le cerveau chute, nous ralentissons rapidement.

En 2010, Francois Billaut de l’Université de Laval a utilisé la spectroscopie infrarouge pour mesurer les niveaux d’oxygène dans le cerveau [2] sur huit coureurs Canadiens et trois Est Africains pendant qu’ils couraient dans une épreuve de 5 kilomètres. Voici les données obtenues :


À noter les cercles pleins ([O2Hb]) qui affichent l’oxyhémoglobine, servent ici comme marqueurs des niveaux d’oxygène dans le cerveau. Ils augmentent au début de l’épreuve de course à pieds lorsque la demande en oxygène du cerveau augmente (les neurones s’agitent pour recruter les muscles, pour enregistrer le rythme, etc.), puis se stabilisent – et puis diminuent dans le dernier kilomètre. L’astérisque indique une différence statistiquement significative par rapport au milieu de la course.

Au contraire, si l’on regarde les données provenant de la nouvelle étude, qui a étudié 15 Kenyans qui parcourent le semi-marathon en 1h02 pour le meilleur, pendant qu’ils faisaient une course de 5 km, on trouve :


Le graphique d’en haut affiche l’oxyhémoglobine, qui augmente après le départ, se stabilise et reste à ces niveaux, sans diminution appréciable à la fin de la course même si les athlètes se poussaient le plus dur qu’ils le pouvaient (ils étaient payés selon leur temps à l’arrivée). C’est l’élément clé de l’étude : les Kényans coureurs de haut niveau maintiennent une oxygénation cérébrale stable pendant toute la durée de la course, ce qui pourrait être l’une des caractéristiques qui fait que les Kényans sont si bons en course à pieds. Mais pourquoi les Kényans devraient-ils être meilleurs que les Canadiens pour ce qui est d’envoyer du sang en direction du cerveau ?

L’une des explications proposée par les chercheurs est celle des expériences précoces dans leur vie, et notamment l’exposition prénatale à l’altitude (“l’exposition prénatale à la haute altitude stimule les réponses vasodilatatrices cérébrales aux muscles et au niveau de l’endothélium en provoquant un important réagencement cérébrovasculaire qui augmente l’épaisseur des parois, mais réduit la contractilité générale”), et beaucoup d’exercice physique quand ils étaient jeunes (“la stimulation de facteurs trophiques et la croissance neuronale, tout comme une augmentation de la circulation cérébrale à travers une plus grande vascularisation du cerveau”).

Bien entendu, il y a d’autres facteurs à prendre en compte : les sujets Kényans dans le cadre de cette étude étaient plus rapides que les sujets Canadiens de l’étude précédente. Il se peut que le maintien de l’oxygénation cérébrale soit simplement une caractéristique des coureurs de très haut niveau. C’est une question qui reste ouverte, mais c’est aussi l’une des forces de cette étude. Pour pouvoir comprendre comment des sportifs courent un semi-marathon en 1h02, il faut étudier ceux qui sont capables de faire un tel temps, ce qui n’est pas une mince affaire.