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Hypoxie Terme issu du grec hupo : sous, et oxus : oxygène. L'hypoxie désigne une inadéquation entre les besoins tissulaires en oxygène et les apports. Elle peut être la conséquence de l’hypoxémie (diminution de la quantité d’oxygène contenue dans le sang). Elle-même ayant plusieurs origines :
Cependant une hypoxie peut avoir d'autres origines, comme une insuffisance circulatoire.
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Ce terme d'hypoxie est également utilisé en pédologie pour un sol pauvre en oxygène.
L'hypoxie des eaux douces, saumâtres et marines, souvent directement causée par les activités humaines peut conduire un milieu aquatique à l'anoxie (privation totale de dioxygène) et au phénomène plus ou moins durable de zone morte (disparition des formes de vie supérieures). De nombreuses causes récentes d'hypoxie ajoutent leurs effets délétères sur les écosystèmes et la santé via la production accrue de toxines dangereuses pour l'homme dans les milieux pauvres en dioxygène, dont certaines susceptibles d'être accumulées par les poissons, coquillages (huîtres, coques, moules..), mammifères marins, oiseaux littoraux que l'Homme consomme. La toxine botulique en est un exemple.
L'hypoxie est l'état d'oxygénation insuffisante de certains tissus ou de l'organisme entier. Le stade suivant correspondant au manque total ou presque total d'oxygène des tissus est celui de l'anoxie qui entraine une bradycardie, puis l'arrêt cardiaque si on n'intervient pas immédiatement et des lésions neurologiques si l'arrêt cardiaque se prolonge. L'hypoxie peut également concerner des tissus cultivés ou maintenus vivants in vitro, ou l'embryon ou le fœtus.
L'hypoxémie (manque d'oxygène dans le sang) commence lorsque l'oxygène artériel descend sous sa valeur normale. Une hypoxémie non corrigée peut conduire à une hypoxie[1] puis à l'anoxie avec comme conséquence la mort du sujet ou des cellules concernées.
Les animaux - dont les mammifères - disposent de mécanismes de détection de l'oxygène qui leur permettent, dans une certaine mesure, de rapidement s'adapter à l'hypoxie, d'abord par une augmentation du rythme et de l'ampleur de la ventilation et respiration, associés à une augmentation du débit sanguin, et de diverses réponses de survie. Si l'insuffisance en oxygène persiste, d'autres mécanismes tentent de restaurer l'oxygénation ou aident le corps à s'adapter à l'hypoxie. Ces mécanismes permettent aux mammifères marins et à certains oiseaux volant à très haute altitude (lors de leurs migrations au-dessus de l'Himalaya par exemple) de vivre un certain temps avec peu d'oxygène, et de récupérer rapidement. Ces mécanismes, chez les mammifères, reposent sur la détection de l'oxygène [2].
En hypoxie grave (manque presque total d'oxygène dans un avion par exemple, ou lors d'une noyade ou asphyxie), 20 à 30 secondes peuvent suffire avant que les fonctions conscientes du cerveau disparaissent.
L'Hypoxie relative désigne éventuellement le phénomène de déglutition atypique qui empêche la croissance et le développement normal des voies respiratoires hautes (adolescence, puberté).
L'asthme, le tabagisme, les infections pulmonaires, des fibroses pulmonaires, l'anémie, le cancer du poumon, ainsi que certaines intoxications (intoxications par les oxydes de carbone, ou par des cyanures qui inhibent la respiration mitochondriale) ou certaines manifestations allergiques (Œdème de Quincke)n ou encore des crises de panique peuvent aggraver le risque d'hypoxie, toutes choses égales par ailleurs.
Certains pathogènes pourraient profiter de l'hypoxie, que par ailleurs ils peuvent contribuer à installer. par exemple, in vitro l’appauvrissement du milieu de culture cellulaire en oxygène (hypoxie) active la réplication du parvovirus humain B19, des virus du sarcome de Kaposi et de l’immunodéficience humaine, ainsi que l’expression de protéines virales oncogènes.
Ce mécanisme implique souvent le facteur cellulaire majeur de réponse à l’hypoxie, le facteur de transcription HIF-1 (hypoxia inducible factor-1) dont le dérèglement contribue au pouvoir oncogène de certains de ces virus[3].
Hypoxie, inflammation et cancers... Quand l'hypoxie concerne les muscles, des crampes et des lésions inflammatoires peuvent être induites par les changements métaboliques induits par l'hypoxie, en particulier par l'acidose métabolique[4]. Ces changements sont également souvent associées à une vascularite et à un processus inflammatoire profond impliquant notamment des cellules myéloïdes telles que neutrophiles (PMN) et monocytes.
Les éosinophiles sont impliqués dans plusieurs processus inflammatoires dont allergiques, au cours desquels l'angiogenèse est a été observée. L'angiogenèse semble liée à l'hypoxie qui caractérise les tissus enflammés. Les éosinophiles produisent des VEGF et pro-angiogéniques, et on commence à explorer les lien entre éosinophiles, hypoxie et angiogenèse dans l'inflammation allergique[5].
Les voies moléculaires de ces processus, commencent à être mieux comprises au niveau cellulaire, en particulier concernant le facteur induit par l'hypoxie dans la cellule (HIF, pour hypoxia-inducible factor, notamment activé dans les tumeurs solides[6], et qui semble pourvoir activer ou inhiber de nombreux gènes impliqués dans l'angiogenèse, le métabolisme cellulaire, l'invasion par les métastases et l'apoptose ou la survie cellulaire).
L'hypoxie d'altitude (celle du milieu naturel) est dite hypobare. C'est la diminution de pression de l'air atmosphérique (moins de 760 mmHg) qui conduit à la diminution de la pression partielle de chacun des gaz qui le composent, dont le dioxygène. Toutefois, chacun des gaz reste identique en proportion : il y a toujours 20.93% de dioxygène dans l'air.
Au contraire, il existe l'hypoxie normobare, souvent utilisée en laboratoire pour simuler une montée en altitude. Ce n'est pas une diminution de la pression de l'air, mais simplement une diminution de la part du dioxygène dans l'air (moins de 20.93%), en injectant par exemple un surplus d'azote au mélange gazeux.
Outre les chambres hypoxiques, l'entraînement en situation de rareté d'oxygène s'effectue en montagne, où la densité de l'air (et donc de l'oxygène) est inférieure. Pour compenser cette rareté d’oxygène, l’organisme a besoin d’un nombre plus important de globules rouges, se traduisant dans les études récentes (2001) par la preuve que l’entraînement en altitude augmente la concentration du sang en hémoglobine et une élévation du taux d’hématocrites.
L’hypoxie s’aborde comme une charge de travail supplémentaire, dont les effets sont réversibles 3 à 4 semaines plus tard.
Effets sur la récupération Il existe une accélération de la vitesse de resynthèse de la phospho-créatine après un séjour à 2 000 m, induisant un effet sur la récupération. Une performance anaérobie est peu modifiée en altitude, mais nécessite une récupération plus longue. Néanmoins, l’entraînement en altitude augmente le pouvoir tampon de l’organisme, induisant un effet positif sur la récupération après ce type d’effort lors du retour en plaine.
Possibilités de travail pour des efforts courts La faible densité de l’air, permet une augmentation de la performance lors d’efforts courts et intenses. La montagne se prête ainsi très bien au développement de la qualité de la vitesse à condition d’étendre les temps de récupération (l’altitude se prête notamment parfaitement à la survitesse).
Effets sur VO2Max Si la performance aérobie en altitude diminue, la VO2Max augmenterait en redescendant, surtout pour des sujets à VO2Max moyenne.
Le parachutisme est une discipline comportant des montées en altitude vers 4 200 m en 10 à 15 minutes et des descentes très rapides en à peine une minute. Cette altitude n'est pratiquement jamais dépassée en raison des risques d'hypoxie. Au delà, les parachutistes utilisent des masques à oxygène afin de conserver toutes leurs facultés[7]. Le danger de l'hypoxie tient au fait que le sujet n'a absolument pas conscience de la perte de ses capacités cérébrales. On peut voir sur Internet une vidéo montrant un parachutiste atteint d'hypoxie à 7 000 m[8] que l'on n'aurait jamais dû laisser sauter.
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