Variabilité cardiaque, activité physique et stress

La variabilité cardiaque : Une nouvelle donnée
pour gérer l’entraînement et la récupération.
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Sport Santé Préparation Physique
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Rachid ZIANE & Yann MICHELI (Directeur de la société Puls@Care, intervenant à l’université Claude Bernard Lyon 1).
Après celles de la fréquence cardiaque et de la cohérence cardiaque, la mesure de la variabilité cardiaque est à
son tour démocratisée. Cette mesure est à présent proposée par un nombre croissant de cardiofréquencemètres
et d’appareils bien plus sophistiqués.
Dans le cadre de l’entraînement, la prise en compte de la variabilité cardiaque est très intéressante car elle
permet à la fois d’évaluer l’état de forme, de contrôler l’impact des charges de travail et d’apprécier l’état de la
récupération.
Qu’est-ce que la variabilité cardiaque ?
Certains confondent "variabilité cardiaque" et "cohérence cardiaque" alors que les deux concepts sont différents.
Contrairement à ce que l’on pourrait penser, le cœur ne bat jamais à un rythme régulier. L’intervalle entre deux
battements est soumis à des fluctuations permanentes. La variabilité cardiaque (ou variabilité de la fréquence
cardiaque) correspond à ces fluctuations de l’intervalle entre deux battements : accélérations et ralentissements.
En effet, la fréquence cardiaque est régulée en permanence par :
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le système nerveux orthosympathique dit "sympathique" qui est "accélérateur",
le système nerveux parasympathique qui est "freinateur".
Ces deux systèmes antagonistes modifient en permanence et instantanément la fréquence cardiaque en fonction
des sollicitations :
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externes (stimulations de diverses natures : bruits, surexposition à la lumière, fortes variations thermiques,
altitude, pollution, décalage horaire…),
 internes (respiration, représentations mentales, émotions, douleurs, infections, fièvre, manque de sommeil…).
Les facteurs de stress et l’activité physique influencent fortement l’activité sympathique et parasympathique.
L’alcool et les médicaments influent aussi.
Mesurer la variabilité cardiaque
La mesure de la variabilité cardiaque permet d’identifier lequel des deux systèmes (freinateur ou accélérateur) a
pris l’ascendant sur l’autre ; autrement dit si, de ce point de vue, le sportif est :
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hyper-réactif (trop stimulé voire stressé),
épuisé (déprimé, en surentraînement voire en burn-out),
équilibré (récupère des épisodes de stress quotidiens et des entraînements sportifs).
Les cardiofréquencemètres sportifs mesurent la variabilité cardiaque entre deux pics de R.
Des appareils plus sophistiqués mesurent la variabilité cardiaque à partir d’autres variables représentées sur le
graphique (T, Q, S, hauteur des pics…).
Il existe ainsi deux méthodes pour mesurer la variabilité cardiaque :
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la méthode temporelle,
la méthode spectrale.
La méthode temporelle consiste à mesurer la fréquence cardiaque à chaque instant. Chaque complexe QRS est
alors identifié, ce qui permet d’isoler les intervalles entre deux pics R successifs (noté : R-R). Plusieurs calculs
sont ensuite effectués selon les besoins (moyenne des intervalles R-R, fréquence cardiaque moyenne, etc…).
Si, la méthode temporelle rend compte de la variabilité globale du système nerveux autonome, qui est
principalement sous la dépendance du système parasympathique, elle ne permet pas de distinguer les influences
modulatoires des systèmes sympathique et parasympathique.
L'analyse spectrale permet de déceler les différentes oscillations d'un rythme : « l’analyse spectrale de la
variabilité de la fréquence cardiaque permet d’identifier, de façon non invasive, de nouvelles
informations pertinentes sur les deux branches sympathique (SNS) et parasympathiques (SNP) du système
nerveux autonome (SNA) tant au repos qu’à l’exercice » Pichon (2011). Plus simplement : « L’analyse
spectrale […] permet […] de distinguer […] l’activité sympathique, et […] l’activité parasympathique » Viola
(2004).
Variabilité cardiaque, "forme" et santé
Une grande variabilité cardiaque est synonyme de bonne "forme" générale. Une faible variabilité
cardiaque est synonyme de fatigue, même si la fréquence cardiaque de repos est basse au même
moment.
Lorsque le système nerveux sympathique n’arrive plus à s’activer (surentraînement ou burn-out) : c’est le
système nerveux parasympathique qui domine et qui impose le repos. L’activité physique modérée peut
permettre de relancer l’activité du système nerveux sympathique.
A l’inverse, lorsque le système nerveux sympathique a pris l’ascendant, la récupération est insuffisante, ce qui
implique de lever le pied et de rééduquer le système nerveux parasympathique : respiration abdominale,
exercices de cohérence cardiaque, relaxation, sophrologie, yoga, méditation…
Certains recourent à la musicothérapie, au thermalisme (sauna, hammam, hydrothérapie…) ou la diététique
(épices, aliments particuliers antioxydants) pour rééquilibrer la relation entre le système sympathique et
parasympathique.
Son utilisation n’est pas incompatible avec celle d’un cardiofréquencemètre à ceinture thoracique. Ce dispositif et
son logiciel permettent de générer les graphiques présentés plus bas.
Ce matériel est utilisé par :
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des sportifs de haut-niveau (trailers, triathlètes, marathoniens…),
plus de 300 équipes pro de sports collectifs (Football : PSG, Roja, Liverpool, Juventus, Barça, Manchester
City. Rugby : le stade français, le racing, FFR, équipes nationales d’Angleterre, Australie ; Basket-ball : San
José, Sharks, Chicago Bulls ; Hockey sur glace : équipes de NHL ; F1 : Mac Laren ; Motocross : Red Bull
US…),
des départements recherche de centre d’entraînement en sports olympiques (Swiss olympic medical training
center, Finnish Olympic Training center Vierumäki, German Olympic Training Center Rostock, Meadville
Medical Center - USA…).
Variabilité cardiaque, activité physique et stress
Sous facteurs de stress ou pendant l’activité physique, la relation entre les systèmes nerveux sympathique et
parasympathique s’adapte de la même manière. Précisons que l’exercice physique est bon pour la santé,
améliore la condition physique, renforce le système nerveux sympathique, améliore la résistance au stress,
augmente les capacités de récupération… alors que le stress (en excès) est destructeur. La consommation
d’oxygène, extrapolée à partir de la variabilité cardiaque, permet de retrouver les rythmes respiratoires et ainsi de
discriminer l’une des deux causes.
Cependant, activité physique et stress peuvent co-exister !
Episodes de stress (en rouge foncé) et récupération (bleu clair) au cours d’une journée de travail précédée par 2
heures d’entraînement sportif (bleu foncé). Ce qui importe est que l’exposition aux facteurs de stress et la
récupération s’équilibrent en durée et en intensité, c’est-à-dire qu’il y ait autant de surface bleu clair que de
surface rouge foncé.
Sur la figure ci-dessus, un épisode de stress apparait pendant le sommeil (à 1h30).
Diverses causes peuvent être à l’origine d’un épisode de stress durant le sommeil au détriment de la
récupération : digestion pénible, cauchemar, posture inconfortable ou contrecoup de l’entraînement…
Sous l’influence de l’activité physique et du stress, la variabilité cardiaque est temporairement mais très fortement
pondérée (voir graphique ci-dessous). On dit que l’activité physique (comme le stress) "écrase" la variabilité
cardiaque.
Le retour à la normale de la variabilité cardiaque après l’effort est plus long en cas de fatigue ou d’effort très
intense (jusqu’à plus d’une semaine après un marathon).
Prendre en compte la variabilité cardiaque pour le suivi du sportif, consiste à :
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étudier son évolution pendant les séances,
étudier son évolution de séance en séance pour s’assurer qu’elle ne "dégringole" pas : signe de
surentraînement,
 la mesurer en dehors des séances (pendant le sommeil) et avant les séances,
 adapter la durée et l’intensité des entraînements mais aussi leur contenu.
La variabilité cardiaque est aussi un indicateur de la qualité de la récupération post-compétition (marathon,
triathlon, trail, épreuve cycliste, combat de boxe…). Celle-ci peut être mesurée au cours des 3 ou 4 nuits qui
suivent.
Conclusion
En sport, la mesure de la variabilité cardiaque peut permettre :
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d’évaluer l’état de forme et de fatigue,
de contrôler l’impact de l'entraînement,
d’évaluer et de gérer la qualité de la récupération,
gérer les décalages horaires et les changements d’altitude.
Pendant l'exercice physique, alors que la fréquence cardiaque augmente, la variabilité cardiaque décroît. Le
stress et l’activité physique, mais aussi certaines postures corporelles, différents moments de la journée…
abaissent ainsi temporairement la variabilité cardiaque.
D’autres facteurs l’affectent durablement parmi lesquels :
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certaines prédispositions génétiques,
certaines maladies,
l'âge (comme la fréquence cardiaque maximale, la variabilité cardiaque diminue en vieillissant),
la sédentarité.
C’est l’activité physique et l’hygiène de vie en général qui vont permettre de les maintenir élevées voire de les
renforcer.
Une baisse de la variabilité cardiaque, au cours du microcycle indique un changement d’impact
physiologique (dette d’oxygène et rapidité de la récupération). L’entraîneur doit alors s’interroger notamment au
sujet de la charge d'entraînement et du stress qui en résulte… Pour les entraîneurs, la mesure de la variabilité
cardiaque peut être ainsi une aide à la prise de décision :
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de reprise de l’activité post compétition,
de choix de durée, d’intensité voire de complexité des séances,
de prescription du repos.
C’est un indicateur assez facile à suivre, indolore, non-invasif et facile à mettre en œuvre.
Références
Akselrod, S., Gordon, D., Ubel, F.-A., Shannon, D.-C., Berger, A.-C. & Cohen, R.-J. (1981).Power spectrum
analysis of heart rate fluctuation : a quantitative probe of beat to beat cardiovascular control. Science ; 213 : 220222.
Pichon, A. (2011). Méthode de mesure de la variabilité de la fréquence cardiaque et évaluation non invasive de
l’activité du système nerveux autonome. Acaps. En ligne.
Viola, A. (2004). La Variabilité Cardiaque au Cours des Cycles de Sommeil chez l'Homme: un Test d'Evaluation
de l'Activité du Système Nerveux Autonome. Thèse de doctorat, Université Louis Pasteur.