Effet Bohr : pourquoi respirer moins, c’est respirer plus !

Nombreuses sont les conseils de respiration que l'on peut trouver sur internet. Un conseil fréquent est de prendre une grande respiration. Cela amènerait de l'oxygène à notre corps et nous permettrait de récupérer de l'énergie. On voit même parfois des approches visant à accélérer la respiration pour emmagasiner un maximum d'oxygène.

Mais est-ce vraiment efficace ?

Une compréhension de la physiologie de la respiration permet de comprendre que c'est souvent contre-productif. Paradoxalement, brasser plus d'air empêche en fait l'oxygène d'être utilisé par les cellules. Ce paradoxe s'explique  notamment par l'effet Bohr.

Ventilation et respiration

Une des fonctions principales de la respiration, c'est d'amener de l'oxygène à nos cellules. Cet oxygène est nécessaire à la vie, c'est lui qui nous permet de produire de l'énergie. Ce n'est pourtant pas la seule fonction de la respiration.

Avant de nous plonger plus dans les détails, comprenons qu'il n'y a pas une respiration, mais plusieurs.

Ventilation : respiration externe

Lorsqu'on parle de respiration, on pense naturellement à sa manifestation externe, celle qui est visible par tout le monde. Il s'agit du mouvement régulier de remplissage et de vidage des poumons. Il s'agit là de mécanique.

Voyons à quoi ressemble la respiration, au repos, pour une personne dont la respiration est fonctionnelle.

Le diaphragme est le muscle respiratoire principal. C'est un muscle très large, en forme de parapluie, qui sépare l'abdomen du thorax. Lorsqu'il se contracte, il tire le bas des poumons, augmentant le volume de ces derniers. Cela crée une dépression, et ils se remplissent d'air. C'est l'inspiration.

A la fin de l'inspiration, le diaphragme se relâche. Il reprend sa forme initiale. Les poumons se vident. C'est l'expiration.

Il existe une multitude de muscles respiratoires secondaires, mais ils ne sont normalement pas utilisés au repos lorsque la respiration est fonctionnelle.

Pour beaucoup de gens, la respiration s'arrête là. C'est ce qui est visible et facilement identifiable. Pourtant, la vraie respiration se produit plus loin, au sein des cellules.

C'est pourquoi je préfère personnellement utiliser le terme de ventilation lorsque je parle de la respiration externe.

Respiration interne, celle qui compte

Reprenons la fonction principale de la respiration qui nous intéresse ici : apporter de l'oxygène au corps. L'oxygène est utilisé dans les mitochondries pour produire de l'énergie.

Pour cela, il faut d'abord apporter l'oxygène aux cellules.

L'oxygène est un gaz qui se dissout très mal dans le sang. De tout l'oxygène disponible dans le sang, seuls 2% est dissout. Pour être transporté efficacement, il a donc besoin d'un véhicule. Ce véhicule, c'est l'hémoglobine, une cellule particulière qui accroche la molécule de di-oxygène. L'hémoglobine est contenue dans les globules rouges : c'est elle qui donne sa couleur au sang. L'hémoglobine compte pour 98% dans le transport de l'oxygène..

Arrivée à la cellule, l'hémoglobine relâche l'oxygène, qui est alors utilisé comme comburant pour produire de l'énergie. D'un point de vue chimique, c'est comme si nous avions une multitude de petits feux dans nos cellules. C'est ce qu'on appelle la respiration cellulaire.

En général, lorsque je parle de respiration , c'est à cette respiration interne, au sein des cellules, que je pense.

La distinction entre les deux respirations, externe et interne, est importante, car c'est ce qui nous permet de comprendre pourquoi amener plus d'air à nos poumons n'amène pas forcément plus d'oxygène aux cellules.

Respirer plus : l'hyperventilation et ses effets immédiats

Ventiler et respirer, ce n'est donc pas équivalent.

Le conseil souvent donné de prendre une "grande inspiration" se concentre sur la ventilation, amener plus d'air aux poumons. Or, dans la plupart des cas, cela n'a pas l'effet attendu au niveau de la respiration cellulaire.

Dans la vidéo ci-dessous, j'expliquais pourquoi prendre une "bonne bouffée d'oxygène" n'est pas un moyen efficace d'oxygéner nos cellules.

Pas d'augmentation d'oxygène

Ventiler plus ne va pas charger plus d'oxygène dans l'hémoglobine. Bien sur, en augmentant la pression partielle d'oxygène dans les poumons, on pourrait dire qu'on augmente aussi la pression partielle d'oxygène dans le sang. Mais d'une part, cette augmentation reste très limitée, et d'autre part, l'oxygène dissout ne comptant que pour 2% de l'oxygène transporté dans le sang, cette augmentation est négligeable.

Au final, on peut augmenter autant qu'on veut le volume de ventilation, la quantité d'oxygène disponible dans le sang n'augmente pas. 

Baisse du CO2

Par contre, l'augmentation du volume de ventilation va avoir un autre effet. Cela va réduire la quantité de CO2 dans le sang. Le CO2 est transporté de trois manières différentes dans le sang : par l'hémoglobine, en revenant de la cellule vers les poumons, en liaison avec le bicarbonate, et dissout dans le sang. Contrairement à l'oxygène, le CO2 se dissout en effet bien dans le sang.

Lorsque nous ventilons plus, nous augmentons les échanges gazeux entre les poumons et le sang. Toutefois, ce qui se passe est que nous expulsons plus de CO2 qu'avec une ventilation normale. Alors que la pression normale de CO2 dans le sang au repos est d'environ 40 mm Hg, une ventilation excessive, ou hyper-ventilation, peut réduire cette pression à 35mm Hg ou moins.

Cela ne semble pas un problème a priori. Après tout, le CO2 est un déchet, non ?

Et bien en fait, pas vraiment. Si un excès de CO2 est une mauvaise chose, un manque de CO2 est tout aussi problématique.

Effet Bohr : moindre oxygénation

L'effet Bohr Cet effet a été identifié par le physiologiste danois Christian Bohr en 1904.

Il s'agit de la  "diminution de l'affinité de l'hémoglobine pour l'oxygène lors d'une augmentation de la pression partielle en dioxyde de carbone ou d'une diminution du pH" et est bien représentée par la courbe d'affinité de l'oxygène avec l'hémoglobine.

Le graphique ci-dessus pouvant paraitre un peu compliquée à comprendre, examinons-la tranquillement.

Elle indique le degré d'affinité de l'oxygène avec l'hémoglobine. Pour une certaine pression partielle d'oxygène, l'hémoglobine est chargée en oxygène à un certain pourcentage. Nous voyons cette relation sur les courbes ci-dessus. Partons de la courbe bleue intermédiaire, qui représente la situation pour un pH, une pression d'oxygène et une température particulière.

Allons voir ce qui se passe dans les artères, c'est à dire les vaisseaux sanguins qui partent du coeur vers le reste du corps après être passé se recharger en oxygène au voisinage des poumons. Au voisinage du poumon, la pression partielle d'oxygène est entre 75 et 100mm Hg, au niveau de la mer. Cela correspond en effet à la pression d'oxygène dans l'air ambiant, qui se transmet aux poumons puis au sang.

Comme nous sommes dans les artères, il s'agit d'un sang dont la pression partielle en CO2 est entre 35 et 45 mm Hg. La courbe représentative est plutôt la courbe verte. Pour une pression partielle d'O2 entre 75 et 100mm Hg, la saturation en oxygène est de 95 à 99%. C'est en effet ce que nous souhaitons : un sang chargé en oxygène pour aller vers les cellules.

Lorsque ce sang chargé en oxygène arrive aux cellules, la concentration en CO2 change. Les cellules relâchent en effet ce gaz, en résultat de la combustion d'oxygène. La courbe représentative est alors plutôt la courbe rouge. Comme en plus, la pression partielle d'oxygène baisse de moitié et plus, l'affinité baisse. L'hémoglobine libère son oxygène, qui peut être utilisé par les cellules.

Que se passe-t-il si nous avons expulsé trop de CO2 ?

La courbe d'affinité se décale vers la gauche. Pour une même pression partielle d'oxygène, l'hémoglobine conserve plus d'oxygène. Celui-ci est moins libéré vers les cellules.

Si le schéma est un peu obscur pour vous, imaginez simplement l'hémoglobine arrivant à la cellule avec son chargement en oxygène. Elle propose son chargement à la cellule, mais veut être payée avec du CO2. Pas de CO2 pour l'hémoglobine, pas d'oxygène pour la cellule !

C'est le paradoxe de l'effet Bohr : nous amenons plus d'air aux poumons, mais moins d'oxygène est relâché aux cellules !

C'est la première conséquence, à court terme, de l'hyper-ventilation, d'une grande bouffée d'oxygène. Les cellules sont moins oxygénées.

D'ailleurs, cela peut se vérifier facilement. Avez-vous déjà eu la tête un peu légère, l'impression de flotter après avoir pris plusieurs grandes inspirations ?

Certains gourous prétendent que c'est une ivresse due à une forte arrivée d'oxygène au cerveau. En fait, c'est le contraire : c'est un manque d'oxygénation du cerveau qui provoque cette sensation. Au niveau extrême, c'est aussi ce qui provoque des syncopes chez certains pratiquants de plongée en apnée. Ils hyper-ventilent, perdent du CO2, oxygènent moins leur cerveau, et celui-ci déclenche le plan d'urgence, la syncope, en ne conservant actives que les fonctions vitales. Ce n'est pas vraiment quelque chose que l'on recherche.

Hyper-ventilation chronique et effets à long terme

Nous avons vu que prendre une grande respiration n'apporte pas plus d'oxygène, puisque l'hémoglobine du sang est déjà saturé en oxygène en temps normal, au repos.

Nous avons vu qu'en plus, cela entraîne même une moins bonne oxygénation, du fait de l'effet Bohr et la perte de CO2.

Il s'agit toutefois d'une conséquence à court terme et facilement réversible, si nous nous limitons à une grande bouffée d'air.

Pourtant, les choses sont un peu plus complexes et une tendance à trop ventiler, constamment, va avoir des conséquences à long terme.

Signaux de respiration

Qu'est-ce qui nous amène à respirer ?

La respiration a ceci de particulier que c'est la seule activité physiologique qui est contrôlée à la fois consciemment et inconsciemment. Nous pouvons décider de prendre une grande respiration, ou au contraire de retenir notre respiration. Nos pouvons contrôler la respiration consciemment, avec notre esprit.

Heureusement pour nous, c'est aussi une activité inconsciente, gérée par le système nerveux autonome. Nous n'avons pas besoin de penser à respirer pour respirer.

Mais quel est le signal qui amène notre système nerveux autonome à déclencher un cycle de respiration ?

Beaucoup se disent que c'est la quantité en oxygène. Ce n'est pas complètement faux. En-dessous d'une certaine pression partielle, notre système nerveux enclenche le cycle. Toutefois, il faut que cette pression soit très basse (en dessous de 50mm Hg) pour déclencher le cycle ! En pratique, ce signal n'arrive presque jamais.

Il y a deux autres signaux déclencheurs qui sont en fait dominants. La concentration en CO2 et la teneur en acidité du sang. Lorsque la quantité de CO2 devient trop grande, le corps cherche à l'expulser. Cela passe par la respiration. Trop de CO2 entraine un cycle respiratoire. C'est le premier signal de respiration : nous n'entamons pas un cycle respiratoire parce que nous manquons d'oxygène, mais parce que nous avons un excès de CO2 !

La pression partielle en CO2 est suivie par des baro-récepteurs, sensibles à cette pression.

Ré-équilibrage des baro-récepteurs

Lorsque nous ventilons un peu plus que la moyenne, nous baissons la quantité de CO2 dans le sang de manière continue. Au fur et à mesure, les baro-récepteurs s'habituent à une quantité plus faible et deviennent plus sensibles. Le signal de respiration vient plus tôt.

On l'observe lors des études. Là où une personne "normale" au repos ventile environ 4 à 6 litres d'air par minute, et montre une pression partielle artérielle de CO2 de l'ordre de 40 mm, certains sujets ventilent 12 litres ou plus par minute, et présente une pression partielle artérielle de CO2 plus proche des 30 mm Hg.

Les baro-récepteurs ne tolèrant plus autant de CO2 qu'avant, les cycles sont déclenchés plus tôt, et le volume total à la minute est augmenté.

Le problème, comme nous l'avons vu, c'est que cette augmentation de volume, non seulement n'apporte pas plus d'oxygène, mais qu'en plus, elle entraîne une moins bonne oxygénation des cellules.

Cercle vicieux

A moyen terme, une respiration plus volumineuse a pour effet de nous rendre plus sensibles au CO2. A partir de là s'enclenche un cercle vicieux.

Augmentation du volume de ventilation --> baisse du CO2 dans le sang -->  augmentation de la sensibilité des baro-récepteurs au CO2 --> signal de respiration plus précoce --> augmentation du volume de ventilation.

Une fois enclenchée, l'hyper-ventilation s'aggrave inexorablement avec le temps.

Pourquoi c'est un problème

L'hyper-ventilation pose un problème à court terme, en ne permettant pas une aussi bonne oxygénation des cellules qu'avec un volume normal.

Cela provoque une baisse d'énergie, de moins bonnes performances physiques, un essoufflement plus rapide, un sommeil de mauvaise qualité.

Cela pose un deuxième problème, lorsqu'elle est chronique, en enclenchant un cercle vicieux qui va aggraver la situation dans le temps.

Autres rôles du CO2

Le CO2 n'est pas un gaz déchet, comme on l'a trop souvent présenté en cours de biologie. Il a des fonctions essentielles pur le bon fonctionnement du corps et est aussi important que l'oxygène.

Certes, un excès de CO2 est mauvais. C'est pour cela que nous avons un signal de respiration pour expulser cet excès. Toutefois, un défaut de CO2 est aussi très mauvais.

En premier lieu, le CO2 a une influence sur la courbe d'affinité de l'hémoglobine. Trop peu de CO2 signifie moins d'oxygène disponible pour les cellules.

Le CO2 a aussi un effet vaso-dilatateur. Cela signifie qu'une plus grande quantité de CO2 permet le relâchement des muscles lisses entourant nos artères. On observe ainsi souvent de l'hyper-tension artérielle chez les personnes ventilant trop, et une amélioration de cette hyper-tension avec une réduction du volume.

Mais le CO2, comme nous l'avons mentionné, est transporté sous plusieurs formes dans le sang. Il y a le CO2 directement dissous et celui transporté par l'hémoglobine.

Il y a aussi le CO2 associé au bicarbonate. Cette association participe à un phénomène physiologique qui régule l'acidité du sang. Le sang a une acidité moyenne de 7,4 et doit rester entre 6,8 et 7,8 pour un bon fonctionnement des cellules. 

A court terme, une plus grande ventilation diminue la quantité de CO2, ce qui augmente le pH. Les reins peuvent mettre en place un mécanisme de compensation en excrétant plus de bicarbonate. C'est un phénomène qui demande quelques jours, alors que la respiration a un effet quasi-immédiat. On a un dérèglement du contrôle du pH sanguin.

Ce qui semble n'être qu'un problème à court terme devient rapidement un problème global chronique.

Que faire ?

Heureusement, il est possible d'inverser la tendance. Si l'hyper-ventilation entraine un cercle vicieux, nous pouvons inverser la tendance et mettre en place un cercle vertueux.

Vidéo : il faut suivre 3 étapes. Conscience respiratoire, hypercapnique puis hypoxique en option.

Evaluation avec le test de la pause de contrôle

La première chose à faire, c'est de se situer. Pour cela, l'idéal serait de mesurer la pression partielle de CO2 dans le sang, mais ce n'est pas une solution très pratique... surtout si on veut le faire tous les jours pour suivre ses progrès !

C'est pour cela qu'a été mis en place un test qui est une bonne estimation de notre sensibilité au CO2. C'est le test dit de la pause de contrôle.

Cela consiste à mesurer, au repos, en position assise, au bout de combien de temps survient le réflexe de respiration.

Le test se pratique après une expiration normale, et dure jusqu'au premier signal physique de respiration (souvent une contraction de la gorge ou du diaphragme). Attention, ce n'est pas un test de volonté, mais un test physiologique ! Le but n'est pas de tenir le plus longtemps possible, mais de trouver le point où notre corps nous dit de respirer.

Une valeur inférieure à 25 secondes indique que la respiration n'est pas fonctionnelle, du point de vue bio-chimique. Il faut y travailler.

Entre 25 et 40 secondes, c'est acceptable.

Au delà de 40 secondes, on considèrera la respiration comme optimale.

Pour des instructions plus précises, en vidéo, pour réaliser correctement ce test et interpréter les résultats, clique sur le bouton ci-dessous.

Prendre conscience de sa respiration

Une fois la base établie avec la mesure de la pause de contrôle, nous pouvons nous lancer dans la quête d'une respiration fonctionnelle retrouvée !

Avant même de pratiquer quelque exercice que ce soit, il me parait essentiel de prendre conscience de sa respiration.

Déjà, le simple fait de prendre conscience de sa respiration, de l'observer, va l'améliorer. C'est un phénomène bien connu de tous les consultants en entreprise : dès qu'on observe un processus, il s'améliore même sans mettre en place d'action corrective. C'est un effet psychologique. L'observation permet d'identifier les écarts dès qu'ils se produisent et leur correction immédiate.

Ainsi, en observant sa respiration, on va remarquer plus facilement ces moments où nous avons tendance à soupirer, à prendre une grande respiration... et nous diminuerons leur fréquence. Nous repèrerons ces moments où nous avons tendance à avoir la bouche ouverte (en réunion, derrière la télé ou l'ordinateur) et nous prêterons plus attention à avoir avoir une respiration nasale.

Mais en plus, en prenant conscience de sa respiration, nous allons progressivement retrouver, inconsciemment, les bonnes pratiques. Si des exercices de respiration sont nécessaires pour retrouver aussi vite que possible une respiration fonctionnelle, c'est la prise de conscience initiale qui permettra à la respiration d'être naturellement fonctionnelle, sans plus avoir à y penser... et sans avoir besoin de continuer à pratiquer des exercices.

Le but n'est pas une amélioration spectaculaire à court terme, mais bel et bien une amélioration durable.

Retrouver un volume normal de respiration (exercices hypercapniques)

La conscience respiratoire est nécessaire. C'est elle qui va nous lancer sur la bonne voie et, à terme, nous assurer d'avoir une respiration naturellement fonctionnelle.

Toutefois, pour permettre cette fonctionnalité (du point de vue de la dimension biochimique), il faut initialement pratiquer certains exercices.

En particulier, nous voudrons retrouver un volume normal de ventilation. Pour cela, il va falloir ré-éduquer notre système nerveux et recalibrer nos baro-récepteurs.

Ce sont des exercices hypercapniques. Pendant une période précise, suffisamment longue pour qu'il y ait un recalibrage, nous allons volontairement diminuer notre volume de respiration, à la limite de la sensation de suffocation. Cela va augmenter le taux de CO2 (hypercapnie) et ré-habituer notre système nerveux à tolérer plus de CO2 dans le sang.

La difficulté consiste à trouver le bon équilibre entre trop de sensation de suffocation (d'où du stress et pas de recalibrage) et pas assez (car cela n'a aucun effet).

Le coaching prend toute sa valeur ici.

Pratiquer des exercices hypoxiques

Il s'agit d'une pratique optionnelle et réservée à ceux qui ont déjà retrouvé une respiration fonctionnelle (pause de contrôle supérieure à 25 secondes).

Les exercices hypoxiques sont des exercices où nous réduisons volontairement la saturation en oxygène dans la sang. Cela entraîne tout un tas de phénomènes de compensation positives pour le corps : capacité aérobie accrue, meilleure capacité anti-oxydante, etc.

Toutefois, ici, la dose fait le poison, et il n'est pas envisageable de pratiquer ces exercices sans être accompagné par un professionnel.

Coaching en respiration

Pour améliorer ta respiration, tu peux immédiatement commencer en mesurant ta pause de contrôle et en observant ta respiration. Il n'y a pas de contre-indication, c'est sans danger.

Pour ceux qui veulent aller plus loin, plus vite et plus efficacement, commencer des exercices hypercapniques est nécessaire. Toutefois, il ne faut pas se lancer sans savoir ce qu'on fait, i y a des précautions à prendre. Les contre-indications des exercices les plus doux sont rares, mais existent.

La respiration est l'un des cinq aspects à prendre en compte pour une forme durable de mon système 5-3-4. Tous les élèves de mon groupe de coaching l'intègrent à leur plan d'entraînement global.

J'ouvre toutefois de temps en temps des sessions de coaching individualisées, pour ceux qui veulent uniquement se consacrer à la respiration.

Contactez-moi par email pour en savoir plus.

La Respiration cadencée

Un coaching en face-à-face peut être intimidant, contraignant ou tout simplement en dehors de tes moyens du moment.