magazine issue 2 2024 / Le mental olympique

Variabilité de la Fréquence Cardiaque (VFC): Comment les athlètes olympiques peuvent-ils exploiter l'interaction entre le cœur et le cerveau pour optimiser leur performance ?

• written by Sylvain Laborde
• edited by Elisa Bisagno

Sylvain Laborde, Stefan Ackermann, Carla Alfonso, Uirassu Borges, Eva Crone, Maša Iskra, Marko Jackovič, Valerie Haydt, Leon Hunder, Rabeea Maqsood, Frederike Midderhoff, Emma Mosley, Deniz Paykoç, Caterina Salvotti, Charlotte Sanden, Rebekka Schubert, Maximilian Schmaußer, Laura Voigt.

Chez les athlètes olympiques, le cœur et le cerveau collaborent pour atteindre le succès. Cette synergie peut être mesurée grâce à la variabilité de la fréquence cardiaque (VFC). Dans cet article, vous apprendrez comment les modifications du rythme cardiaque peuvent servir à améliorer l'entraînement des athlètes olympiques, les aider à se relever des coups durs et des défaites, et à renforcer leur force mentale. Découvrez des techniques simples et efficaces qui optimisent cette connexion cœur-cerveau, aidant les athlètes à donner le meilleur d'eux-mêmes aux Jeux Olympiques.

Introduction

Imaginez un sprinteur se préparant pour la finale du 100 mètres aux Jeux Olympiques. Il a travaillé très dur pour cet événement, et porte les espoirs de tout son pays. Mais au moment où la course va commencer, il devient très nerveux. La pression des attentes de tous et la présence de concurrents redoutables le rendent tendu, le poussent à respirer trop rapidement, et à perdre la concentration ainsi que le calme nécessaire pour donner le meilleur de lui-même.

C'est l’un de ces moments où la manière dont un athlète gère le stress est tout aussi importante que sa condition physique. Ces éléments peuvent être optimisés grâce à la prise en compte de la variabilité de la fréquence cardiaque (VFC). La VFC n'est pas seulement utilisée pour évaluer la façon dont l’organisme des athlètes s’adapte aux charges d’entraînement effectuées; elle sert également d’indicateur aux athlètes pour vérifier l’efficacité de techniques leur permettant de rester calmes et concentrés lorsqu’ils sont sous pression. Elle leur offre un moyen de comprendre comment ils réagissent au stress, et comment mieux le gérer. Cet article expliquera ainsi comment la VFC peut aider les athlètes olympiques à garder leur sang-froid et à donner le meilleur d'eux-mêmes lorsque l’enjeu est immense.

Qu’est-ce que la VFC ?

Pour comprendre ce qu'est la VFC, nous devons d'abord parler du nerf vague. Le nerf vague joue un rôle important dans la capacité de notre corps à se calmer. Il est le nerf principal du système nerveux parasympathique, la partie de notre système nerveux qui est lié au repos. Lorsque l’activité du nerf vague augmente, c'est comme si nous appuyions sur la pédale de frein pour ralentir notre cœur. Cela fait non seulement battre notre cœur plus lentement, mais aussi varier davantage l'intervalle de temps entre chaque battement de cœur, ce qui conduit à une VFC plus élevée. C’est comme si le nerf vague disait au cœur : « Détends-toi », nous aidant ainsi à mieux gérer le stress.

La VFC concerne la variation de l'intervalle de temps entre chaque battement de cœur, et c'est une méthode facile, sûre et économique pour vérifier la capacité de notre corps à gérer le stress physique et mental [1, 2]. Il existe de nombreuses manières de calculer la VFC, qui se reflètent dans les différents indicateurs de VFC. Chaque indicateur de VFC met en lumière différents mécanismes physiologiques qui influencent la VFC.

Cet article se concentrera spécifiquement sur les indicateurs de la VFC régulés par le nerf vague, en raison de son rôle essentiel dans la gestion de l'activité cardiaque, et dans la régulation de nombreux autres phénomènes liés à la concentration, à la gestion du stress et des émotions, au bien-être, ainsi qu’à la forme physique et à la santé en général. L’un des indicateurs principaux de la VFC régulée par le nerf vague se nomme RMSSD, de l’anglais root mean square of successive differences. Ainsi, lorsque nous parlons de VFC dans cet article, nous faisons référence à la VFC qui reflète uniquement l'activité du nerf vague. Elle est également appelée VFC médiée par le nerf vague (VFC-MNV).

Pourquoi devrais-je m'intéresser à la VFC en tant qu'athlète olympique ? 

Mesurer et comprendre la VFC permet d’améliorer l'entraînement, le suivi des progrès et la récupération. Les études scientifiques ont montré que mesurer la VFC est un excellent indicateur pour comprendre comment l’organisme réagit aux charges d’entraînement, permettant ainsi aux athlètes et à leurs entraîneurs d’ajuster les plans d’entraînements au besoin, et d’optimiser les phases de récupération [3, 4]. De manière générale (il existe des exceptions que nous aborderons dans la suite de cet article), une VFC élevée au repos offre de nombreux avantages, tels qu'une meilleure gestion du stress, une amélioration des performances, un bien-être général accru et un contrôle plus important sur ses actions [2]. Une VFC plus élevée au repos est également liée à une meilleure concentration et à une prise de décision améliorée, facteurs cruciaux pour la performance d'un athlète [5]. Tous ces avantages jouent un rôle important dans le succès d'un athlète olympique, justifiant ainsi l'importance de prendre en compte la VFC dans leur préparation.

De quel appareil ai-je besoin pour mesurer ma VFC?

Les médecins et chercheurs utilisent généralement un électrocardiogramme (ECG) pour mesurer la VFC, pour lequel ils placent plusieurs électrodes sur la poitrine. Cependant, grâce aux développements technologiques, il est désormais également possible de mesurer la VFC à l'aide d'un cardiofréquencemètre, ou dans une certaine mesure avec des smartphones ou des montres intelligentes [6]. Bien que l’ECG offre la plus grande précision dans la mesure de la VFC, ces dispositifs plus accessibles fournissent des mesures de VFC au repos suffisamment précises pour un usage tel que présenté dans cet article. Cela permet aux sportifs d'intégrer facilement le suivi de la VFC dans leurs routines quotidiennes, en utilisant des applications smartphone telles que HRV4Training ou Elite HRV.

Quand dois-je mesurer ma VFC ?

Pour interpréter correctement la VFC, il est extrêmement important de la mesurer dans des conditions similaires et à la même heure chaque jour [3, 4]. Pour obtenir des mesures précises de la VFC, il est donc conseillé de réaliser les mesures le matin, avant toute prise alimentaire, consommation de caféine, activité physique ou stress mental [1]. Un jour d'entraînement typique utilisant la mesure de la VFC est présenté dans l'illustration 1. Certains des facteurs les plus importants influençant la VFC sont présentés dans l'illustration 2.

Que signifient les changements à court terme de la VFC ?

Selon la Théorie du Réservoir Vagal et les 3 R [7], les évaluations à court terme de la VFC offrent des aperçus de la capacité d'autorégulation du sportif, c'est-à-dire sa capacité à faire face à n'importe quel défi physique ou mental, en prenant en compte la VFC à trois moments (voir Illustrations 3a et 3b) :

1.     la période de Repos (par exemple avant un entraînement / avant un exercice physique spécifique pendant l’entraînement / avant une technique de relaxation),

2.     la phase de Réactivité (par exemple pendant l'entraînement / pendant un exercice physique spécifique pendant l’entraînement / pendant une technique de relaxation)

3.     la phase de Récupération (par exemple après l'entraînement / après un exercice physique spécifique pendant l’entraînement / après une technique de relaxation).

Les 3 R — Repos, Réactivité, Récupération — décrivent les modifications à court terme de la VFC en réponse à un événement spécifique. Cet événement spécifique peut être, par exemple, l'exposition à un facteur déplétif (par exemple une séance d’entraînement, ou bien un exercice spécifique au sein de cette séance d’entraînement), qui tend à réduire l'activité du nerf vague sur le cœur et entraîne donc une diminution initiale de la VFC. À l'inverse, un facteur régénérant (par exemple l’utilisation d’une technique de relaxation, comme nous le détaillons plus bas, la respiration lente contrôlée ou bien le réflexe d’immersion) peut augmenter l'activité vagale cardiaque. L'impact de ces facteurs sur l'activité vagale cardiaque, et par conséquent sur la VFC, varie en fonction du contexte et des caractéristiques individuelles.

De plus, la VFC est liée à la capacité d’autorégulation. Le processus d’autorégulation concerne la manière dont on gère ses pensées, sa concentration, ses émotions et sa condition physique pour atteindre ses objectifs et maintenir son bien-être. Les changements de la VFC, qu'ils soient à la hausse ou à la baisse, peuvent indiquer une capacité plus ou moins grande d’adaptation et d’autorégulation, selon le moment où ils se produisent.

Repos : Une VFC plus élevée au repos indique généralement que l’on est bien préparé et flexible, capable de s'adapter facilement aux défis et aux changements. Certaines exceptions doivent toutefois être prises en compte, en fonction par exemple de la phase d'entraînement dans laquelle le sportif se trouve, avec l’exemple de la période d’affûtage (« tapering » en anglais). La période d’affûtage correspond à une réduction de la charge d’entraînement à l’approche d’une compétition. C'est une stratégie délibérée qui cherche à diminuer la fatigue tout en maintenant les adaptations acquises, ce qui permet d'optimiser la performance lors d'une compétition importante. En réduisant l'intensité et le volume, le corps a la possibilité de récupérer des charges d'entraînement accumulées et de se préparer pour atteindre un pic de performance au moment de la compétition.

Réactivité : D'autre part, une diminution de la VFC pendant l'exercice est une réaction normale et adaptative, signifiant que le corps et le cerveau sont activement engagés et utilisent de l'énergie. Il y a donc une nécessité de réduire l’activité du « frein vagal » pour permettre cette mobilisation d’énergie de la part de l’organisme. Cela souligne l’importance de prendre en compte le contexte dans lequel la VFC est mesurée. Si la VFC est évaluée pendant une phase de sollicitation physique ou mentale intense (facteur déplétif), une valeur faible peut être considérée comme une adaptation appropriée de l’organisme à cette situation.

Récupération : Enfin, la rapidité avec laquelle la VFC revient à la normale après l'effort est un marqueur de l'efficacité avec laquelle le corps peut récupérer.

Comprendre ces changements et adaptations de l’organisme à travers l’activité vagale cardiaque reflétée dans la VFC aide à concevoir des programmes d'entraînement qui optimisent la réponse du système nerveux autonome et de sa branche parasympathique en particulier, conduisant à une amélioration de la performance sportive et à une meilleure santé globale [3].

Que dit la VFC sur mon niveau de forme?

La VFC est unique à chaque personne, donc il n'existe pas un chiffre universel qui nous renseigne sur le niveau de forme d'un sportif. Cependant, si la VFC augmente après avoir suivi un programme d'entraînement censé améliorer les performances, cela pourrait signifier que l'entraînement est efficace et que l'organisme s'adapte positivement [4]. Garder un œil attentif sur sa VFC, notamment en observant comment elle évolue durant les phases de repos et de récupération, aide à comprendre les réactions spécifiques du corps à l'entraînement. Cela peut également alerter sur un éventuel surentraînement si certains patterns sont observés et si d'autres signes sont pris en compte, comme les indicateurs subjectifs liés à la fatigue, la qualité du sommeil, les douleurs musculaires, l'humeur, etc. Cela souligne l'importance d'une approche personnalisée, contextualisée, et globalisée pour évaluer comment l'entraînement et d'autres facteurs affectent la VFC (voir Illustration 2).

Quels facteurs de mode de vie peuvent être pris en compte pour augmenter la VFC d'un sportif olympique ?

Les athlètes olympiques doivent gérer soigneusement les facteurs de mode de vie qui influencent leur performance, incluant le sommeil, l'alimentation, l'activité physique, le bien-être émotionnel, l'hydratation, la nutrition, la consommation d'alcool et les conditions environnementales (voir Illustration 2). Ces facteurs peuvent grandement affecter la VFC d'un sportif, démontrant que la VFC est unique à chaque personne et réagit de manière distincte chez différents sportifs.

La qualité du sommeil, les différentes phases du sommeil, et le cycle naturel de veille-sommeil sont tous étroitement liés à la VFC. Mais si le sommeil impacte la VFC, de manière réciproque, l’activité vagale cardiaque, reflétée à travers la VFC, peut impacter en retour la qualité du sommeil. Une étude sur les concurrents du bobsleigh aux Jeux Olympiques a montré que l'entraînement physique intense peut réduire la qualité du sommeil et entraîner des changements d'humeur, étant associé à une diminution de la VFC [8]. Cela souligne l'importance d'utiliser des stratégies pour améliorer la VFC avant le coucher, telle qu’une session de respiration lente contrôlée (pour plus de détails, voir la section "Interventions" ci-dessous).

La nutrition est un facteur-clé pour la santé et la performance d'un athlète. Une étude avec des sportifs ayant participé aux Jeux Olympiques de Rio a trouvé un lien entre la VFC et une composition corporelle saine, avec un faible taux de masse grasse. Cela montre que la VFC, utilisée en combinaison avec d'autres outils, peut se révéler pertinente dans la gestion du poids, car elle va refléter en partie la réaction du corps à ce que l’on mange quotidiennement [9].

Comment la VFC évolue-t-elle au fil du temps chez les athlètes olympiques ?

La manière dont la VFC évolue chez les athlètes olympiques à travers un entraînement intense est complexe. La composition génétique unique des sportifs et leur historique d'entraînement font que leurs corps réagissent différemment aux efforts difficiles, avec des temps de récupération individualisés. De manière générale, les sportifs de haut niveau présentent une VFC plus élevée au repos, illustrant leur haut niveau de forme physique. Cependant, il existe un point où la VFC ne peut plus augmenter, une limite correspondant à un niveau maximal atteignable, ce qui signifie que même avec plus d'entraînement, la VFC n'augmentera pas [3]. Des études ont montré qu'après une période d'entraînement intensif, la VFC des sportifs peut chuter puis augmenter significativement à nouveau, surtout s'ils réduisent l'intensité de leur entraînement pendant un moment avant une grande compétition (la période d’affûtage – tapering - mentionnée précédemment) [10]. Cette hausse de la VFC indique qu'ils sont prêts à concourir et aide à affiner leur entraînement à l'approche de l'événement.

Que dois-je prendre en compte lors de la mesure régulière de la VFC?

Quand on est un athlète olympique surveillant sa VFC par soi-même, il est important de prendre en compte quelques éléments clés pour s'assurer d'utiliser ces informations de la bonne manière. Étant donné que la VFC peut varier considérablement d'un sportif à l'autre, comprendre ce qui influence sa VFC est crucial. Il est recommandé de surveiller sa VFC et sa fréquence cardiaque sur une période prolongée, et idéalement quotidiennement, le matin au réveil. En effet, une baisse de la VFC ne signifie pas toujours que l'on est fatigué; cela peut également indiquer que l'on tend vers un pic de forme à l’approche de la compétition [10].

Être attentif à ces petites variations permet d'obtenir une image détaillée de sa réaction à l'entraînement et au stress des compétitions, ce qui peut orienter la conception de plans d'entraînement personnalisés, ainsi que leur ajustement en fonction de la manière dont l’organisme assimile les charges d’entraînement. De plus, effectuer un suivi de nos sensations — comme la qualité de son sommeil, les douleurs musculaires, les sensations de courbatures, l'intensité de ses séances d'entraînement, ses niveaux de stress et sa fatigue générale — en plus de sa VFC, peut aider à adapter encore davantage son entraînement à ses besoins. Des études montrent que l'utilisation combinée de ces indicateurs de bien-être subjectifs et des données de VFC peut aider à ajuster son entraînement et à réduire le risque de blessure [4, 11].

Ainsi, combiner ses propres observations avec les mesures de sa VFC est une excellente stratégie pour gérer son entraînement et sa santé.

Quelles interventions spécifiques puis-je utiliser pour influencer ma VFC dans une situation compétitive ainsi qu’à long terme ?

Il existe de nombreuses façons d’optimiser la connexion cœur-cerveau à travers le nerf vague, amélioration qui se reflètera dans les valeurs de VFC. Ces méthodes vont de la pratique de la respiration lente contrôlée, à l'utilisation de l'immersion dans l'eau froide (tête et/ou corps) pour déclencher la réponse d’adaptation de l’organisme au froid et éventuellement au réflexe d’immersion si le visage entre en contact avec l’eau. Une liste d'activités pouvant aider à optimiser son activité vagale cardiaque sur 4 semaines est présentée sur les illustrations 4a et 4b.

La respiration lente contrôlée est un moyen simple et abordable d’augmenter l’activité vagale cardiaque, reflétée par une augmentation de la VFC, avec des applications telles que HRV4Biofeedback, iBreathe ou Awesome Breathing qui facilitent sa pratique. Alors qu’un adulte respire en moyenne entre 12 à 20 fois par minute, la respiration lente contrôlée implique de respirer environ 6 fois par minute, ce qui a pour effet de stimuler l’activité vagale cardiaque, et d’augmenter la VFC, comme l’a récemment montré une méta-analyse réalisée par notre équipe de recherche, incluant 223 études [12]. Cette méthode aide à réduire l'anxiété et à augmenter le calme et la résilience, ce qui est parfait pour gérer le stress juste avant une compétition ou dans la vie quotidienne. Intégrer régulièrement la respiration lente contrôlée dans son programme d’entraînement peut également produire des avantages durables, tels qu'une meilleure qualité de sommeil pour les athlètes olympiques [8].

L'utilisation du réflexe d’immersion en plongeant son visage dans l'eau froide est une autre technique permettant d’augmenter l’activité vagale cardiaque, reflétée par une augmentation de la VFC [13]. De plus, réaliser une immersion complète dans l'eau froide après l'entraînement s'est avéré être le meilleur moyen de stimuler l’activité vagale cardiaque après un effort physique, ce qui se traduit par une augmentation de la VFC, selon une autre méta-analyse conduite par notre équipe de recherche [14]. Certains sportifs de haut niveau, comme Cristiano Ronaldo, sont ainsi connus pour intégrer systématiquement l'immersion complète dans l'eau froide dans leur routine après chaque séance d'entraînement pour favoriser la récupération.

Enfin, des recherches récentes montrent que des techniques telles que la stimulation magnétique transcrânienne et la stimulation transcrânienne à courant continu, qui utilisent des champs électriques ou magnétiques pour modifier en toute sécurité l'activité cérébrale sans chirurgie, peuvent également impacter l’activité vagale cardiaque et augmenter la VFC. Ces méthodes sont actuellement principalement étudiées pour comprendre comment le cerveau et la VFC sont connectés [15]. Elles pourraient à l'avenir devenir des méthodes à explorer pour aider les athlètes à améliorer leurs performances.

Est-ce que les athlètes de tous niveaux peuvent bénéficier de la prise en compte de la VFC ?

Oui, les athlètes de tous niveaux, pas seulement ceux qui participent aux Jeux Olympiques, peuvent grandement bénéficier de l'utilisation de la mesure régulière de la VFC afin d’optimiser leur entraînement. En mesurant régulièrement leur VFC, les athlètes peuvent mieux comprendre comment leur corps réagit aux charges d’entraînement, récupère et gère différents types de stress physique et mental.

Une meilleure compréhension de l'évolution de l'activité vagale cardiaque permet de concevoir des plans d'entraînement sur mesure. Ces plans basés sur l’analyse de la VFC et du ressenti de l’athlète permettent d’ajuster la nature et la distribution des charges d'entraînement ainsi que des phases de récupération. Cette approche aide les athlètes à améliorer leurs performances grâce à des données physiologiques objectives. L'interprétation de ces données se fait en tenant compte d'un ensemble de variables subjectives liées au ressenti de l’athlète, telles que mentionnées précédemment.

Des conseils sur la manière d'incorporer le suivi de la VFC dans sa routine quotidienne sont présentés avec l’illustration 5.

Comment l'inclusion de mesures de VFC et d'interventions ciblant la VFC pourrait-elle aider l'athlète olympique sur le terrain ?   

En résumé, la VFC, reflétant l’activité vagale cardiaque, peut jouer un rôle clé dans une approche d'entraînement axée à la fois sur la santé mentale et physique, agissant comme un indicateur objectif de l'état de l’organisme pour aider à atteindre ses objectifs compétitifs. L'utilisation des mesures de la VFC et des interventions basées sur la VFC, conduisant à une interprétation réalisée à la lumière d’autres données reflétant le ressenti de l’athlète, peut grandement aider les athlètes olympiques qui repoussent leurs limites à atteindre des performances optimales.

Pour conclure, revenons maintenant à notre exemple présenté lors de l’introduction, un sprinter talentueux, dans les derniers instants avant la finale olympique du 100 mètres, cherchant à atteindre un état de clarté mentale et de concentration optimale, malgré le bruit de la foule dans le stade et la pression. Il repense à son entraînement intense, qui comprenait des mesures quotidiennes de sa VFC au réveil, et se souvient des conseils de gestion du stress de son entraîneur. Une stratégie clé était de ralentir sa respiration, un moyen éprouvé d'augmenter sa VFC. En respirant lentement pendant deux minutes, il sent ses muscles se détendre et sa concentration s'aiguiser. S'il se sent trop calme ou sous-activé, il sait qu'il peut simplement respirer un peu plus vite pour atteindre le niveau optimal de préparation. Cette sensation de contrôle renforce sa confiance alors qu'il se rapproche de la ligne de départ. La course peut maintenant commencer...

Références

1. Laborde, S., E. Mosley, and J.F. Thayer, Heart Rate Variability and Cardiac Vagal Tone in Psychophysiological Research - Recommendations for Experiment Planning, Data Analysis, and Data Reporting. Frontiers in Physiology, 2017. 8: p. 213.

2. Mosley, E. and S. Laborde, A scoping review of heart rate variability in sport and exercise psychology. International Review of Sport and Exercise Psychology, 2022: p. 1-75.

3. Buchheit, M., Monitoring training status with HR measures: do all roads lead to Rome? Front Physiol, 2014. 5: p. 73.

4. Bellenger, C.R., et al., Monitoring Athletic Training Status Through Autonomic Heart Rate Regulation: A Systematic Review and Meta-Analysis. Sports Medicine, 2016. 46(10): p. 1461-1486.

5. Magnon, V., et al., Does heart rate variability predict better executive functioning? A systematic review and meta-analysis. Cortex, 2022. 155: p. 218-236.

6. Plews, D.J., et al., Comparison of Heart-Rate-Variability Recording With Smartphone Photoplethysmography, Polar H7 Chest Strap, and Electrocardiography. International Journal of Sports Physiology and Performance, 2017. 12(10): p. 1324-1328.

7. Laborde, S., E. Mosley, and A. Mertgen, Vagal Tank Theory: The Three Rs of Cardiac Vagal Control Functioning – Resting, Reactivity, and Recovery. Frontiers in Neuroscience, 2018. 12.

8. Li, Q., et al., Presleep Heart-Rate Variability Biofeedback Improves Mood and Sleep Quality in Chinese Winter Olympic Bobsleigh Athletes. Int J Sports Physiol Perform, 2022. 17(10): p. 1516-1526.

9. Lucini, D., et al., Relationship between Body Composition and Cardiac Autonomic Regulation in a Large Population of Italian Olympic Athletes. J Pers Med, 2022. 12(9).

10. Plews, D.J., et al., Evaluating training adaptation with heart-rate measures: a methodological comparison. Int J Sports Physiol Perform, 2013. 8(6): p. 688-91.

11. Chiron, F., et al., Application of Vagal-Mediated Heart Rate Variability and Subjective Markers to Optimise Training Prescription: An Olympic Athlete Case Report. International Journal of Disabilities Sports and Health Sciences, 2024. 7(1): p. 66-76.

12. Laborde, S., et al., Effects of voluntary slow breathing on heart rate and heart rate variability: A systematic review and a meta-analysis. Neuroscience & Biobehavorial Reviews, 2022. 138: p. 104711.

13. Ackermann, S.P., et al., The diving response and cardiac vagal activity: A systematic review and meta-analysis. Psychophysiology, 2023. 60(3): p. e14183.

14. Laborde, S., et al., Influence of physical post-exercise recovery techniques on vagally-mediated heart rate variability: a systematic review and meta-analysis. Clin Physiol Funct Imaging, 2023.

15. Schmaußer, M., et al., The effects of noninvasive brain stimulation on heart rate and heart rate variability: A systematic review and meta-analysis. Journal of Neuroscience Research, 2022. 100(9): p. 1664-1694.