Chronobiologie et performances sportives

par David Guyonnet le 2018-03-01
Catégorie : Nutrition et sport

Performances physiques ou intellectuelles dans la période de veille, celles-ci sont influencées par de nombreux facteurs soumis à la loi chronobiologique. Ces facteurs peuvent agir de manière directe (défaut d'harmonie dans les cycles de vigilance par exemple, ou décalage des activités sportives par rapport aux moments de maximum attention et de "bonne forme") ou de manière indirecte (troubles de la digestion, diminution de la force musculaire, récupération plus difficile) où la perturbations des sécrétions hormonales sont souvent impliquées.

L'étude des perturbations chronobiologiques montre les effets néfastes de ces défauts de synchronisation. Mais réciproquement, les perturbations dans la période de veille peuvent induire des effets de désynchronisation dans la période de sommeil. Par exemple des fatigues excessives surtout vespérales ne sont pas synonymes d'un endormissement rapide et d'un bon sommeil. Elles peuvent entraîner le contraire.

Chronobiologie et le sport

L'activité sportive régulière d'une intensité au moins modérée a une influence sur les cycles naturels, et peut à son tour être influencée par les rythmes de l'organisme et en particulier par le cycle veille/sommeil. Elle influe aussi sur l'importance des perturbations impliquées par d'autres facteurs. Il est constaté par exemple que pour les variations de température du corps, chez le travailleur posté, les cycles sont plus stables (périodes mieux conservés) et les amplitudes plus marquées lorsqu'il s'agit d'un sportif entraîné par rapport à un non sportif (1, 2).

Le sport pendant la veille, a pour effet une amélioration de la qualité de sommeil récupérateur (essentiellement sommeil lent profond) en durée et en profondeur associée à une diminution de la latence d'endormissement (passage plus rapide du stade de veille au stade 1,2,3,4 du sommeil lent).

Le sport et l'activité physique agissent sur la température corporelle qui à son tour est un des facteurs majeurs de synchronisation des horloges internes. Aussi le moment idéal de l'activité sportive est pendant la veille active où la température centrale s'élève naturellement, et elle devrait s'arrêter suffisamment tôt avant l'endormissement pour permettre à la température centrale de s'abaisser.

Chronobiologie et performances sportives

La pratique du sport de compétition, surtout de haut niveau, implique, au-delà de la recherche technico-sportive indispensable, la connaissance approfondie de la physiologie du sport pratiqué, de sa psychologie et analyse tactique et de la dimension temporelle de cette activité dont la chronobiologie occupe une place parfois déterminante pour le résultat.

Il s'ajoute à cette problématique, un calendrier des compétitions surchargé (concours, championnats, rencontres internationales) qui nécessitent une attention particulière à la connaissance de sa chronobiologie individuelle. Il n'est pas rare de constater une superposition de plusieurs phénomènes désynchronisants comme le décalage horaire en plus des épreuves ou rencontres nocturnes.

De plus les performances physiques, psychiques, psychomotrices et cognitives varient temporellement au cours de la journée. Il es t donc nécessaire de faire correspondre les acrophases de ces déterminants à l'activité sportive compétitive. L'idéal serait de rapprocher les pics des courbes de variation de ces déterminants avec les types les plus prioritaires des performances (physiques et cognitives pour la compétition où la tactique a une grande importance).

Afin d'améliorer les performances, des études ont été menées pour déterminer les meilleurs moments de la journée où l'efficacité musculaire et donc la performance est la meilleure.

Selon T. PAILLARD (3), le meilleur moment de la journée pour l'entraînement ou la compétition de judo est situé entre 10h et 13h et entre 17h et 20h.

Dans les actes du 35ème Congrès de la Société francophone de chronobiologie (4) outre des études sur les sécrétions hormonales chez les animaux, plusieurs articles présentent des études d'évaluation des performances en fonction de l'heure de la journée. Ainsi N. BESSOT (5) y concluent à une fréquence spontanée de pédalage chez les cycliste significativement plus élevée le soir à 18h que le matin à 6h. De même des effets indirectes de l'effort de pédalage sur la variation circadienne de certains paramètres physiologiques (fréquence respiratoire, sensibilité des récepteurs à la PaCO2) y sont étudiés (6) et concluent à l'influence de l'entraînement sur les cycles de variation de ces paramètres.

Chronobiologie et sport

Amélioration des performances grâce à la chronobiologie

Les multiples études et constatations sur la chronobiologie et en particulier des cycles circadiens et ultradiens aboutissent à l'existence de moments de la journée plus propices que d'autres à l'exercice et à la performance sportive. Ce moments se situent en général en fin de matinée et en fin d'après-midi pour un cycle circadien normal.

Il convient aussi de distinguer le type de sport pratiqué. En effet l'influence des cycles circadiens et en particulier du cycle veille/sommeil ne sera pas la même dans un sport à effort important et de courte durée comme les courses sur 100 ou 200 m, ou l'haltérophilie par rapport à un sport d'endurance comme le marathon ou les courses cyclistes à étapes longues, en encore par rapport à un sport de longue endurance comme les courses sur 24 heures ou même plusieurs jours ou mois comme la navigation à voile. Enfin la capacité physique n'est pas la seule à intervenir. Les performances psychiques (bien connues et améliorées par le "coaching") et cognitives nécessaires dans l'élaboration de stratégies (sports d'équipe, de combat, de courses de longue durée) sont aussi importantes dans l'obtention de bons résultats et donc dans l'amélioration des performances globales.

Dans un premier cas (effort intense et bref), il s'agit d'améliorer une performance en mode majoritairement anaérobie. Dans le deuxième cas (effort d'endurance), il s'agira de gérer les ressources tout au long de l'effort. Enfin dans le troisième cas (effort de longue endurance), il s'agira en plus de prévoir des périodes de récupération et gérer le sommeil.
Notons que la vigilance intervient dans les trois cas, plus particulièrement dans le troisième.

Ainsi les études des cycles circadiens et ultradiens en rapport avec les performances sportives peuvent être classées en trois catégories :

1/ Performances anaérobies : pour les efforts de forte intensité et de courte durée
2/ Performances aérobies : pour les efforts de moyenne et longue durée
3/ Capacités de compensation de la privation de sommeil pour les épreuves de très longue durée

Dans tous les cas, positionner le moment de l'effort à l'acrophase d'un cycle de performance nécessite une préparation, et à défaut de pouvoir agir sur l'heure de la compétition ou des moments critiques nécessitant un effort particulier (cas des compétitions de 24 heures ou plus), il faudra déplacer ses courbes cycliques de performance par un programme chronobiologique approprié.

Dans le cas des performances anaérobies (7), des études significatives montrent l’existence d'un rythme circadien ou ultradien avec des acrophases le matin ou en fin d'après-midi. L'origine de ces variations est cependant discutée. Une étude sur la natation (8) semble montrer une relation de cause à effet entre l'augmentation de la température centrale et l'efficacité musculaire en anaérobie (meilleure efficacité musculaire du fait que le muscle est plus chaud) puisque la vriabilité des performances disparaît lorsque la température de l'eau est élevée neutralisant ainsi, au niveau des muscles, les variations de la température centrale. Il se peut aussi que la température et les capacités des muscle soient soumises aux même horloges internes et que l'augmentation de la température réduise l'amplitude d'autres cycles effectivement existants.

D'autres facteurs comme la privation de sommeil, ou l'heure d'entraînement ont été étudiés et la privation de sommeil jusqu'à une soixantaine d'heures semble ne pas affecter la force musculaire, ni la puissance anaérobie. Des horaires réguliers d'entraînement semblent renforcer les performances aux mêmes heures, en d'autres termes déplacent l'acrophase de la courbe au même moment de la journée où l'entraînement a eu lieu durant plusieurs jours;
il faut noter par railleurs que la privation de sommeil affecte particulièrement les performances psychomotrices et cognitives (10) ainsi que l'humeur (11).

Pour les performances aérobies (12), les études basées sur les mesures du volume courant et de la fréquence respiratoire mettent en évidence des fluctuations journalières correspondant à un phénomène cyclique. Il apparaît là encore une acrophase vers 18h pour un cycle circadien non perturbé. L'étude (13) confirme ce rythme et son acrophase par l'étude de la fatigabilité musculaire.

Pour des épreuves de très longue durée, la situation est beaucoup plus complexe puisqu'aux variations des capacités physique s'ajoute le problème crucial de la gestion du sommeil et de sa fonction de récupération aussi bien physique que psychique. Dans une certain mesure, les besoins en récupération prennent le pas sur l'optimisation de la performance purement physique. Les études chez les navigateurs dans le cadre d'épreuves d'une durée supérieure à 24 heures (14) ont montré que les nécessités de la course (veille et vigilence pour les manoeuvres et en situation de danger) et les besoins physiologiques de sommeil et de récupération devenaient compatibles en adoptant un rythme de sommeil dite polyphasique composé de courtes périodes de sommeil (de 10 à 90 minutes) comprenant les stades d'un sommeil normal. Ce sommeil impose un endormissement rapide, voire immédiat, le passage en sommeil lent profond et en sommeil paradoxal dans un très court laps de temps pour un réveil aussi rapide où les activités nécessaires à la navigation (manœuvres, examens de la météo et élaboration des stratégies) et à la vie (s'alimenter, communiquer,...) peuvent avoir lieu. La qualité du sommeil sur ces courtes durées est primordiale et ses fonctions récupératrices ont été démontrées.

Moyens et méthodes d'action

Pour les deux premières catégories d'épreuves, il s'agira de placer l'épreuve autant que faire se peut au moment de l'acrophase d'un cycle de performance physique. Les moyens communément identifiés pour déplacer les courbes, sont parmi les synchroniseurs externes, la lumière et l'alimentation. La lumière agit sur la sécrétion de mélatonine et indirectement sur l'hormone de croissance, les corticoïdes et la sérotonine. L'alimentation est aussi un synchroniseur externe et joue un rôle important chez le sportif par l'apport d'énergie qui est nécessaire à l'effort. L'heure idéal de la prise d'un repas se situe environ deux heures avant l'épreuve et le besoin de la disponibilité énergétique.

Ainsi une luminothérapie le matin permet d'avancer les phases de l'éveil et inversement le soir, elle les retarde. les mécanismes sont complexes et font intervenir aussi les secrétions endocrines comme les corticoïdes.

Ces différents moyens peuvent être utilisés pour agir sur la phase des courbes biologiques et faire en sorte que l'acrophase des capacités physiques et psychiques corresponde au moment où la performance maximale est désirée, tout en préparant le sportif sur d'autres plans comme l'alimentation et l'entraînement. L'heure de l'entraînement physique, dans la journée précédentes, a une influence sur les variations de la force musculaire et de la fatigue. Ces variations se superposent aux variations rythmiques de base.

Pour la troisième catégorie, l'accent doit être mis sur les moyens de compensation de la privation de sommeil et de récupération rapide. Ils doivent être suffisamment efficaces pour atteindre des niveaux de vigilance compatibles avec les impératifs du sport de longue ou de très longue endurance. A ce titre, le sommeil polyphasique est considéré comme le meilleur moyen, mais encore faut-il l'adapter à chaque cas et à chaque individu. En particulier lorsqu'il s'agit d'un équipage il ne faut pas uniformiser les temps de veille et de repos au nom d'une quelconque équité mais d'attribuer à chacun et dans la mesure du possible, les temps de repos et de veille qui conviennent le mieux à sa chronobiologie. Ce sont sur ces bases qu'ont été organisés les équipages de Bruno Peyron (tour du monde à bord du "Commodore Explorer" en 1993), puis d'Isabelle Autissier pendant la "Route de L'Or" en 1998 (L'influence de la chronobiologie sur l'acte moteur : http://claireetlouis.free.fr/doclouis/chronobiologie.pdf).

Ces adaptations par le sommeil polyphasique couvrent deux aspects : la diminution des effets néfastes de la privation de sommeil sur de longues périodes et l'amélioration des capacités récupératrices du sommeil de courte durée (sur moins de trois journées) n'aurait pas d'effet sur les variations de la force et de la fatigue musculaire mais a un effet prépondérant sur les performances psychocognitives. mais lorsque l'épreuve dépasse quelques jours, voire dure plusieurs mois, ce seul moyen de récupération et d'adaptaton devient primordial. il a été principalement étudié dans les épreuves de navigation à voile sur de longues distances en particulier chez les navigateurs solitaires grâce à l'aide d'équipements que la technologie moderne permet d'embarquer afin d'obtenir des résultats objectifs sur le comportement du navigateur en course (sommeil et course au large en solitaire : comportement des coureurs et étude de faisabilité d'un agenda interactif de sommeil : http://pistes.revues.org/2485). L'actimètre de poignet, l'enregistrement de l'élecro-encéphalogramme (EEG) et de l'électro-oculogramme (EOG) sur plusieurs jours, des tests de vigilance sur micro-ordinateur, sont désormais des outils utilisables en association avec le journal de bord et les questionnaires.

Définir des méthodes d'action est difficile compte tenu de la complexité des phénomènes, de leurs particularités selon chaque individu et de la méconnaissance actuelle de beaucoup de mécanismes. En se basant sur quelques fondamentaux déjà étudiés, il est cependant possible d'agir et d'obtenir de résultats significatifs, mais cela impose la connaissance des paramètres pour chaque individu, et donc une étude personnalisée de chaque sportif concerné. en particulier les caractères "long dormeur" V.S. "court dormeur" et "matinal" V.S. "vespéral" sont spécifiques à chaque individu.

Les moyens ainsi évoqués seront utilisés non seulement pendant l'épreuve sportive mais aussi bien avant en phase de préparation afin de déterminer les profils chronobiologiques de chaque individu et d'adapter au mieux la programmation de ses besoins lors de la compétition.

Ainsi pour les deux premières catégories, s'il est communément admis que l'acrophase des capacités physique se situe en fin d'après-midi, le sportif n'est jamais libre du choix des horaires de compétitions. Il conviendra donc d'agir sur les courbes chronobiologiques pour faire correspondre l'optimum des capacités au moment prévu de l'effort. Les principaux moyens d'actions (lumière, temps de sommeil et alimentation) seront donc utilisés.

Il s'agira de concevoir une programmation chronobiologique (détermination des pics de performance) qu'il est possible de réaliser en agissant, comme cela a été exposé dans ce qui précède, par la luminothérapie, l'utilisation des sommeils de récupération, et la prise alimentaire. Comme préconisé dans l'article "Sommeil, vigilance et chronobiologie de la performance - 25e journée d'automne de la société de médecine du sport Midi-Pyrénées de décembre 2011", une épreuve sportive le matin, nécessitera une luminothérapie au petit-déjeuner, u échauffement matinal, une collation précoce et une sieste de récupération en début d'après-midi. Pour une épreuve l'après-midi, il faudra idéalement une luminothérapie en fin de matinée, le repas du midi et une sieste ou relaxation en matinée. enfin pour une épreuve du soir, il conviendra de programmer une sieste la veille, une photothérapie vespérale, une collation vers 15h30 et s'endormir juste après l'épreuve. dans tous les cas, l'entraînement physique aura lieu les jours précédents aux mêmes heures que l'épreuve, vu que cette programmation augmente l'amplitude des performances physiques.

Pour aller plus loin :

1. L'analyse de l'activité de travail en postes de nuit : bilan de 25 ans de recherches et perspectives. Le travail humain 2004/1 (Vol. 67) 2. Études comparées des rythmes circadiens et reflet actimétrique du sommeil de sportifs et de sédentaires en poste régulier de nuit. Canadian. Journal of Applied. Physiology. (28)6: pp831-887. 2003 Société Canadienne de Physiologie et de l'Exercice. 3. Optimisation de la performance en judo. Guide (broché). Mars 2010, Ed. De Boeck, Ch.4, p.119 4. Sur quelques aspects de la chronobiologie. Acte du 35ème Congrès de la Société francophone de chronobiologie, Saint-Etienne, 10-12 juin 2003 5. Variations diurnes de la fréquence de pédalage spontanée et de la cinématique du mouvement chez le cycliste. Acte du 35ème Congrès de la Société francophone de chronobiologie, Saint-Etienne, 10-12 juin 2003 pp 183 - 192. 6. Rythmicité biologique circadienne et performances anaérobies, Movement & Sport Sciences 3/2004 (N°53) 7. Variations diurnes des performances en natation : effet de la température de l'eau, Science & Sports 2012 8. The function of sleep in humans and others mammals. Oxford University Press. 1988 9. Effects of sleep deprivation on performance : a meta-analysis. Journal of sleep Research & Sleeep Medicine, Vol 19(4), May 196 10. Influence de la fréquence de pédalage sur les relations entre ventilation/volume tidal/fréquence respiratoire et leur fluctuation journalière en condition d'exercice sous-maximal aérobie. Acte du 35ème Congrès de la Société francophone de chronobiologie, Saint-Etienne, 10-12 juin 2003 pp 193 - 202 11. Variations diurnes de la fatigue musculaire. Acte du 35ème Congrès de la Société francophone de chronobiologie, Saint-Etienne, 10-12 juin 2003 12. Sommeil du navigateur solitaire en mode polyphasique, Neurophysiologie Clinique, Volume 26, N°6, 1996 p430

Mots-clés : activité physique, sport, sommeil, veille, chronobiologie, rythmes circadiens, ultradien, alimentation