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BLOOD FLOW RESTRICTION ET PERFORMANCE AEROBIE



L’exercice avec restriction du flux sanguin ou Blood Flow Restriction (BFR) est une technique d’occlusion sanguine visant à réduire le flux sanguin artériel tout en obstruant le retour veineux. 

Depuis maintenant plusieurs années, Kinesport s’intéresse de près à cette méthode de restriction vasculaire de par son rôle important dans la prise en charge de nombreuses pathologies et son intérêt croissant dans le sport de haut niveau, en portant une importance particulière aux publications scientifiques à cet égard. 

De nombreuses études ont montré que l’entrainement à faibles charges, couplé à l’application du BFR, permettait d’obtenir des gains en trophicité supérieurs à l’entrainement à faibles charges sans BFR. Ces adaptations hypertrophiques sembleraient par ailleurs similaires à celles d’un entrainement à charges élevées sans BFR, en revanche les adaptations en force seraient plus faibles.  

Ainsi le BFR peut être un outil intéressant afin d’éviter les contraintes articulaires élevées provoquées par l’entrainement à charges lourdes.  Le BFR trouve aussi une utilisation dans l’entrainement en endurance où certaines études ont montré des bénéfices à l’entrainement aérobie couplé à l’application de BFR que ce soit sur tapis ou vélo (Abe et al., 2010a, b ; Park et al., 2010 ; de Oliveira et al., 2016).

L’entrainement en endurance améliore la capacité de performance grâce à des adaptations musculaires et cardiovasculaires. Le BFR pourrait ainsi potentialiser ces bénéfices que ce soit dans les phases précoces d’une blessure afin de limiter les pertes cardiorespiratoires ou encore dans un but d’amélioration des performances.

Dans cette logique, Steffen Held et al. dans leur étude « Low intensity rowing with blood flow restriction over 5-weeks increases VnullO2max in elite rowers: A randomized controlled trial » publiée en 2019 dans le Journal of Science and Medicine in Sport ont analysé à travers un essai contrôlé randomisé, les effets d’un entrainement de faible intensité associé au BFR sur la VO2max chez des rameurs d’élites.

Valentin BEASSE vous propose sa synthèse. 
 

Qu'ont ils mesuré ?

•    Mesure de la 1RM au squat : 5 répétitions à 50% 1RM, suivi de 4 répétitions à 80%. Puis une seule répétition à 90%, suivi d’une augmentation du poids jusqu’à l’échec (au plus tard 3 ou 4ème tentative, nécessité de descendre les hanches sous les genoux). 
•    Mesure de la VO2max à l’aide d’un test grâce à un spiroergomètre sur un rameur (augmentation de 30-40 W/M dépendant des performances individuelles).
Pour rappel, la VO2max est la consommation maximale d’oxygène sur un laps de temps défini (dans cette étude 30 secondes). La puissance à la VO2max a été définie comme la puissance maximale dans ce laps de temps.
•    Un groupe intervention avec BFR et un groupe contrôle sans. Utilisation du BFR uniquement lors des entrainements à faible intensité pendant 2X10 minutes entrecoupées de 10 minutes de repos sans BFR. 5 semaines d’entrainements avec 3 sessions par semaine.

Dans cette étude, le BFR a été utilisé avec des bandages élastiques du genou positionnés à l’extrémité supérieure de la cuisse et serrés à 75%  (déterminé par des marqueurs à chaque quart de tour) avec contrôle échographique par Berringher et al. tout au long de l’intervention. 

Les séances d’entrainement comprenaient une alternance de séance à faible intensité LIT (fréquence cardiaque inférieure à 65% de la Fmax et inférieure au premier seuil de lactate), séance au seuil THT (entre le 1er seuil et 2ème seuil de lactate) et séance HIT au-dessus du 2ème seuil.

QU'ONT ILS TROUVÉ ? 


La VO2max a montré un effet d’interaction significatif entre le temps et le groupe d’intervention. C’est-à-dire que l’augmentation de la VO2max dans le groupe intervention était significative p=0,004 (+ 9,1 +/- 6,2% entre le pré et post intervention) alors qu’elle ne l’était pas dans le groupe contrôle (+2,5% +/- 6,1%-). Les mêmes résultats sont retrouvés concernant la puissance maximale aérobie (PMA) puisque l’augmentation n’était significative (p<0,001, ES=1,412) que dans le groupe INT (+15,3 +/- 9,7%) et non dans le groupe contrôle (+ 3,1% +/- 9,7%).

En revanche, concernant la force au test 1RM sur squat, l’étude n’a révélé aucun effet significatif (p>0,05) sur le temps, ou sur l’interaction groupe-temps que ce soit dans le groupe intervention (+5,4 +/-5,7%) comme le groupe contrôle (+4,6 +/-5,3%). L’application du BFR cumulée sur une semaine était en moyenne de 51,4 +/- 16,2 minutes sur une moyenne de 2,8 +/- 0,3 séances par semaine.

L’un des enseignements majeurs de cette étude, est que 5 semaines d’entrainement avec environ 5h par semaine + rajout du BFR ont permis une augmentation significative de la VO2max mais pas d’augmentation des performances aux tests de force max sur une tâche de squat. 
Une autre information importante de cette étude est que l’application du BFR a permis une augmentation de la VO2max même chez des athlètes déjà très entrainés et endurants (VO2max > 60 ml/min/kg). 


 

Steffen Held et al. (2019) avance que l’augmentation de la VO2max serait due à une élévation de la réponse cardiovasculaire suite à l’occlusion en augmentant la fréquence cardiaque, la pression artérielle systolique et diastolique. Le débit cardiaque lui ne semble pas être affecté par le BFR. Une baisse d’oxygène et de l’apport métabolique pendant l’application du BFR, ainsi qu’une augmentation du stress oxydatif justifient l’élévation de la VO2max. Les mécanismes physiologiques mis en jeu lors de cette augmentation trouvent plus de réponses dans la revue systématique de Julio Cesar Gomes Silva et al. (2019) détaillée par la suite.

Les implications du BFR sur l’hypertrophie ont déjà été démontrées à plusieurs reprises. Les gains en force lors de l’entrainement à faible charges avec BFR sembleraient inférieurs à l’entrainement à charge élevées. 
Dans le cadre de cette étude, les participants des deux groupes ont subi en parallèle de l’entrainement aérobie, un entrainement à charges élevées sans BFR (6-12 répétitions, 3-5 séries, 60-80% 1RM, 4-8 exercices par session). Les résultats montrent que l’application de BFR dans le groupe INT lors de l’entrainement aérobie n’avaient pas permis de gain en force significativement supplémentaire par rapport au groupe contrôle.
Ces résultats sont donc en lien avec la littérature récente, qui indique que l’entrainement aérobie + BFR tout comme l’entrainement à faibles charges couplés au BFR ne génère pas d’adaptation en force plus élevés que l’entrainement à charges élevées.

Cela peut également être expliqué par les interférences entre les volumes élevés d’entrainement en endurance (10,4+/- 4,4 heures par semaine) et le travail en force, ces effets d’interférences ont déjà été suggérés à plusieurs reprises dans la littérature.  

Même si cette étude ne mesure pas des marqueurs directs de la performance en aviron (comme la mesure du temps sur 2000m au rameur), l’augmentation de la VO2max et de la PMA, qui peuvent être considérés comme des marqueurs indirects et cruciaux de la performance en aviron, suggère que le BFR peut avoir des bénéfices importants lors d’entrainement aérobie même chez athlètes hautement entrainés.

Toutefois, les études précédentes qui ont examiné l’efficacité de l’entrainement aérobie avec BFR ont rapporté des résultats contradictoires en raison de diverses combinaisons de charges d’exercices et de pression d’occlusion comme le rapporte également Steffen Held et ses collaborateurs dans les limites de leur étude ci-dessus (8).

Ainsi Sadegh Amani-Shalamzari et al. dans leur étude de juin 2019 “Effects of Blood Flow Restriction and Exercise Intensity on Aerobic, Anaerobic, and Muscle Strength Adaptations in Physically Active Collegiate Women” publié dans la section Exercise Physiology du Journal Frontiers in Physiology ont cherché à comparer diverses combinaisons de pression d’occlusion et d’intensité d’exercices sur des femmes universitaires actives afin d’identifier la combinaison optimale d’occlusion et d’exercice.

QU'ONT ILS MESURÉ ?

Cet essai contrôlé randomisé incluait 32 femmes réparties en quatre groupes homogènes de 8 participants suite à une évaluation initiale des paramètres anthropométriques, de la VO2max, vVO2max correspondant à la vitesse maximale sur tapis à la VO2max, la force isométrique des membres inférieurs sur dynamomètre, le TTF (temps jusqu’à l’épuisement = temps limite), des performances anaérobies et de l’économie de course (RE). 

Les performances aérobies étaient mesurées sur un test de 30 secondes sur vélo avec mesure du pic de puissance (PP), de la puissance moyenne (AP) et de la puissance minimum (MP) tandis que le TTF mesurait le temps de maintien à la VO2max. Tous ces paramètres ont été réévalués après l’intervention.

Les 4 groupes comprenaient des modalités d’application du BFR et des intensités d’entrainements différentes : 
-    Augmentation progressive de l’occlusion jusqu’une occlusion complète avec intensité d’exercice constante (IP-CE)
-    Application intermittente et constante du BFR avec augmentation de l’intensité de l’exercice (CPp-IE) 
-    Application constante et complète (240mmHG) du BFR avec augmentation de l’intensité de l’exercice (CPC-IE) 
-    Augmentation progressive de la pression d’occlusion jusqu’une occlusion complète avec augmentation de l’intensité d’exercice (IP-IE)


L’occlusion a été mesuré en utilisant la taille de la cuisse et non un doppler.
L’intervention était de 4 semaines avec 3 sessions d’entrainement par semaine (12 séances au total). Le protocole d’entrainement était le même pour tous les groupes, 2 minutes de courses sur tapis entrecoupées de 1 minute de récupération sans BFR. Tous les groupes sauf IP-IE pratiquaient 10 séries à chaque entrainement. Le groupe IP-IE pratiquait respectivement 10, 8, 6 et 5 séries au cours des semaines 1, 2, 3 et 4. Après chaque session, les participants remplissaient la RPE via l’échelle de Borg.
 
 
BLOOD FLOW RESTRICTION ET PERFORMANCE AEROBIE

BLOOD FLOW RESTRICTION ET PERFORMANCE AEROBIE
QU'ONT ILS TROUVÉ ? 
  • La VO2max, la vVO2max, le TTF, la force musculaire, la PP et la PM ont augmenté de manière significative dans les 4 groupes d’interventions (p<0,05)
  • Les changements étaient variables entre les groupes, toutefois le groupe CPC-IE qui avait l’occlusion complète constante a montré des différences significatives pour toutes ces variables par rapport aux autres groupes
  • La RPE était plus élevée dans le groupe CPC-IE que dans les autres groupes pendant toutes les séances d’entrainements, les valeurs RPE étant notées « très difficiles »
  • Le RE a diminué significativement dans tous les groupes mais de manière plus importante dans le groupe CPC-IE
  • Les résultats ont montré de plus grandes améliorations de la force, des paramètres aérobies et anaérobies en réponse à une occlusion complète et un entrainement progressif
  • Les résultats ont également montré que l’économie de course (RE) s’améliore considérablement en réponse à une intensité d’exercice progressive, comme signalé par Paton et al (2017) qui trouvaient également une amélioration de la RE suite à un entrainement à 80% de la VO2max + BFR. Outre l’intensité d’entrainement, le volume d’entrainement semble joué un rôle important puisque les résultats n’étaient pas significatifs dans le groupe IP-IE qui a vu son volume d’entrainement décroitre au fil du temps
  • Le temps limite a augmenté dans tous les groupes mais de façon plus importante dans les groupes subissant une occlusion complète soit au début soit à la fin
  • Les améliorations les moins importantes des paramètres anaérobies ont été dans le groupe CPp-IE ou la pression du brassard (160mmHG) est restée faible pendant toute l’intervention
  • Augmentation de la force dans tous les groupes mais de façon plus importante dans le groupe occlusion complète et constante
 

Les résultats des deux études précédentes sur des rameurs (Steffen Held et al, 2019) et sur des femmes actives en université (Sadegh Amani-Shalamzari et al, 2019) trouvent une explication dans la revue systématique de Julio Cesar Gomes Silva et al « Acute and Chronic responses of aerobic exercice with blood flow restriction : a systematic Review » publiée en 2019 dans Exercise Physiology, a section of the journal frontiers in physiology.
 
Afin de mieux comprendre comment l’application de BFR lors d’entrainement aérobie permet une amélioration des paramètres, il est nécessaire de comprendre les mécanismes physiologiques d’action du BFR lors de ces entrainements.
 
Cette revue systématique avait donc pour but d’analyser les preuves scientifiques disponibles dans les bases de données entre 2000 et 2019 concernant les changement aigus et chroniques induit par l’exercice aérobie (AE) combiné à la restriction sanguine (BFR) sur les variables neuromusculaire, métaboliques et hémodynamiques.
 
Au final 35 études ont été incluses dans cette revue systématique après application des critères d’inclusion et d’exclusion, ainsi que l’évaluation de la qualité méthodologique des études par l’échelle PEDro. 

EFFETS AIGU DE L’ENTRAINEMENT AEROBIE COUPLE AU BFR 


Effets aigus métaboliques :
 
Pour évaluer les effets aigus métaboliques de l’application de BFR lors d’entrainement aérobie, les études analysaient soit la VO2max comme dans les 2 études précédentes (Steffen Held et al,2019 ; Sadegh Amani-Shalamzari et al, 2019), soit la concentration en lactate, soit l’excès de consommation d’oxygène post-exercice (EPOC) équivalent à la dette en Oxygène, soit l’énergie dépensée (EE) en kilocalorie.
 
Les résultats globaux montrent une augmentation des paramètres lors d’entrainements aérobies couplés au BFR par rapport aux mêmes entrainements sans BFR quel que soit la mesure d’analyse (VO2max, EE, EPOC, concentration en lactate). Une étude de Silva et al en 2019, montre que la marche avec BFR à une intensité de 40% de la VO2max dépassait la consommation d’oxygène par rapport à une marche sans BFR.
 
Effets aigus neuromusculaires :
 
Pour évaluer les effets aigus neuromusculaires les 3 études inclues analysaient la signalisation intracellulaire associée à l’hypertrophie et aux adaptations musculaires : 
  • Les niveaux de phosphorylation Erk ½ étaient significativement plus élevés après l’exercice mais les niveaux de phosphorylation de p38 étaient plus élevés uniquement dans la jambe ayant effectué l’exercice (Ozaki et al. 2014). Ainsi marcher avec BFR peut activer les voies de signalisations intracellulaires associées à l’hypertrophie.
  • 2 études avec des résultats contradictoires concernant la corrélation significative ou non des hormones de croissances avec l’hypertrophie (Abe et al. 2006 ; Ozaki et al. 2015) 
  • Augmentation de l’épaisseur musculaire du quadriceps et de l’activation musculaire dans une étude Kim et al., 2015
 
Effets aigus hémodynamiques :
 
  • Débit cardiaque : pas de différence significative entre une séance avec ou sans BFR 
  • Rythme cardiaque : la fréquence cardiaque (FC) est supérieure lorsque l’exercice est réalisé à haute intensité que lors d’un exercice à faible intensité + BFR, elle-même supérieure à un exercice à faible intensité sans BFR. Les études d’Ozaki et al. (2010) et Karabulut et Garcia (2015) suggèrent une augmentation de la FC en corrélation avec une augmentation de l’intensité de l’exercice et de la pression du BFR
  • Débit systolique : diminution pendant l’exercice avec BFR
  • Pression artérielle : les pressions artérielles systolique (SBP) et moyenne (MAP) ont augmenté pendant et immédiatement après la séance avec BFR comparé à une séance sans BFR. Les mêmes résultats sont retrouvés pour la pression artérielle diastolique (DBP)
  • Kumagai et al. (2012) ont révélé que la résistance périphérique totale (TPR) dans la session d'exercice BFR était significativement plus élevée que la TPR dans la session avec la même intensité sans BFR. L'étude de Ferreira et al. (2016), qui a été réalisée avec des personnes âgées, ne retrouve pas de différences significatives. Dans l’étude d’Ozaki et al. (2010), la TPR a augmenté à partir de 40% de la VO2max.

EFFETS CHRONIQUES DE L’ENTRAINEMENT AEROBIE COUPLE AU BFR

Effet chroniques cardiorespiratoire : 
 
  • Certaines études n’ont pas trouvé d’amélioration cardiorespiratoire après 6 semaines de marche avec BFR en comparaison avec marche sans BFR (Abe et al. 2010b). D’autres études ont trouvé des améliorations lors du W avec BFR sur tapis pendant 2 semaines (Park et al. 2010) ou sur vélo après 8 semaines (Abe et al. 2010a) 
  • Augmentation de la tolérance à l’exercice intense après 4 semaines d’entrainement BFR
  • Un entrainement sur vélo ergomètre à 30% de la Pmax couplé au BFR a permis une augmentation de la concentration de lactate initiale de 16% et de la puissance maximale de 15% (Oliveira et al. 2015) alors qu’aucune différence significative n’a été retrouvée entre un groupe à 110% de Pmax avec ou sans BFR
 
Force musculaire, hypertrophie et tests de performances physiques : 
 
  • Les différentes études d’Abe et al ont montré une augmentation de 4 à 7% de la section transversale des muscles de la cuisse, une augmentation de 8 à 10% de la force dynamique et isométrique maximale dans le groupe BFR (Abe et al, 2006). Les mêmes résultats sont retrouvés dans les études de 2010 (Abe et al,2010a ; Abe et al,2010b) où l’utilisation du BFR lors du vélo ou de la marche étaient associés à une hypertrophie musculaire (respectivement 3,4 à 5,1% pour le vélo, 5,1 à 5,8% pour la marche) et une augmentation de la force isométrique dans l’extension de genou (respectivement 7,7% pour le vélo, 11% pour la marche). Les autres études (Ozaki et al,2010 ; Sakamaka et al, 2011 ; de Oliveira et al, 2015) arrivent aux mêmes conclusions sur l’hypertrophie et sur la force musculaire (de Oliveira et al,2015). 
 
Adaptations aérobies locales du muscle :
 
  • Dans une étude de Keramidas et al (2012), qui a comparé deux groupes BFR et non BFR lors de 6 semaines d’entrainement (3 sessions/semaines de 2minutes à 90% VO2max, 2 minutes à 50%). Le groupe AE +BFR a montré une désoxygénation musculaire plus prononcée que le groupe non BFR.
 

EFFETS METABOLIQUES
  • Les études qui ont analysé impact de l’entrainement aérobie (AE) avec BFR sur les réponses métaboliques ont mis en évidence une augmentation de la VO2max comme les études de Steffen Held et al. et Sadegh Amani-Shalamzari et al. ainsi qu’une augmentation de l’EPOC. Ces bénéfices pourraient être liés à une augmentation de l’intensité de l’exercice, au déficit en oxygène, au niveau de pression BFR appliqué et à l’augmentation de l’activité des muscles des membres inférieurs avec une restriction vasculaire. L’augmentation des variables métaboliques pourrait également s’expliquer par l’augmentation de la ventilation, l’augmentation de l’effort perçu (Sadegh Amani-Shalamzai et al, 2019), de la fréquence cardiaque et du lactate. Un autre facteur susceptible d’influencer l’augmentation de la VO2max est le niveau de pression appliqué lors du BFR comme dans l’étude précédente de Sadegh Amani-Shalamzari et al. où une occlusion complète a entrainé plus d’adaptations métaboliques. Un autre effet aigu de l’AE + BFR est le recrutement supplémentaire de fibres musculaires de types II qui nécessitent plus d’oxygène que les fibres de type I pour la même quantité de travail (Mendonca et al, 2015).
  • Concernant les effets chroniques, les adaptations métaboliques semblent être liées à l’augmentation du stress physiologique et métabolique induit par le BFR comme une augmentation de la teneur en glycogène ou l’épuisement plus important des réserves anaérobies. Une meilleure capacité d’oxydation musculaire, une augmentation de la masse musculaire, une amélioration de la densité capillaire semblent également favoriser l’angiogenèse et donc participer à l’amélioration de la VO2max.
 

EFFETS NEUROMUSCULAIRES
  • L’AE + BFR a entrainé une augmentation de la force dans quatre études qui peut s’expliquer par des adaptations neurales pendant l’hypoxie, une étude n’a pas retrouvé d’amélioration de la force.
  • L’AE + BFR favorise l’hypertrophie musculaire mais les résultats sont inférieurs à un entrainement en résistance + BFR. Les mécanismes rentrant en jeu dans cette hypertrophie serait l’augmentation des niveaux de phosphorylasation Erk1/2 et P38, l’augmentation de la synthèse de protéine ainsi que l’activation plus importante de la voie de signalisation mTOR. En revanche cette hypertrophie ne peut pas être corrélée aux niveaux d’hormones de croissances (Ozaki et al, 2015). La fatigue induite par l’exercice aérobie ne semble pas être une justification à l’hypertrophie contrairement à l’entrainement en résistance.
  • L’AE + BFR a entrainé une amélioration des performances physiques, une augmentation de la force isométrique et isocinétique après 6 semaines l’étude de d’Abe (2010b).

EFFETS HEMODYNAMIQUES
  • L’ensemble des variables hémodynamiques comme la fréquence cardiaque, la pression artérielle systolique, dyastolique et moyenne, la résistance périphérique vasculaire ont augmenté au cours de l’entrainement aérobie + BFR en raison de la diminution du retour veineux. Lors de la récupération post séance, la diminution des variables pour revenir à la norme était supérieure dans le groupe BFR, cela peut être attribué à une augmentation de l’activité parasympathique (Ferreira et al, 2016)
 

APPLICATIONS PRATIQUES

 

CONCLUSION 

L’ensemble des données actuelles de la littérature suggère un intérêt de coupler l’entrainement aérobie au BFR, aussi bien sur des séances de faible intensité afin d’en potentialiser les effets, que sur des séances à haute intensité ou dans un but de performance.
L’association de l’entrainement aérobie au BFR permet des bénéfices au niveau métabolique, notamment la VO2max mais également au niveau neuromusculaire et hémodynamique. Toutefois aucun consensus ne se dégage sur les modalités d’application, même si une occlusion complète associée à un entrainement progressif permettrait d’obtenir des bénéfices supérieurs.





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